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Todos sabemos que la apariencia de una persona, algunos hábitos e incluso enfermedades se heredan. Toda esta información sobre un ser vivo está codificada en los genes. Entonces, ¿cómo son estos notorios genes, cómo funcionan y dónde están ubicados?

Entonces, el portador de todos los genes de cualquier persona o animal es el ADN. Este compuesto fue descubierto por Johann Friedrich Miescher en 1869. Químicamente, el ADN es ácido desoxirribonucleico. ¿Qué significa esto? ¿Cómo lleva este ácido el código genético de toda la vida en nuestro planeta?

Comencemos mirando dónde se encuentra el ADN. Hay muchos orgánulos en la célula humana que realizan diversas funciones. El ADN se encuentra en el núcleo. El núcleo es un pequeño orgánulo que está rodeado por una membrana especial que almacena todo el material genético: el ADN.

¿Cuál es la estructura de una molécula de ADN?

Primero, veamos qué es el ADN. El ADN es una molécula muy larga que consta de elementos estructurales: nucleótidos. Hay 4 tipos de nucleótidos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). La cadena de nucleótidos se ve esquemáticamente así: GGAATTSTAAG.... Esta secuencia de nucleótidos es la cadena de ADN.

La estructura del ADN fue descifrada por primera vez en 1953 por James Watson y Francis Crick.

En una molécula de ADN, hay dos cadenas de nucleótidos que se enrollan helicoidalmente entre sí. ¿Cómo se unen estas cadenas de nucleótidos y se retuercen en espiral? Este fenómeno se debe a la propiedad de complementariedad. La complementariedad significa que solo ciertos nucleótidos (complementarios) pueden estar opuestos entre sí en dos cadenas. Entonces, la adenina opuesta siempre es timina, y la guanina opuesta siempre es solo citosina. Así, la guanina es complementaria de la citosina y la adenina de la timina.Tales pares de nucleótidos opuestos entre sí en diferentes cadenas también se denominan complementarios.

Puede representarse esquemáticamente de la siguiente manera:

G-C
T-A
T-A
do-sol

Estos pares complementarios A - T y G - C forman un enlace químico entre los nucleótidos del par, y el enlace entre G y C es más fuerte que entre A y T. El enlace se forma estrictamente entre bases complementarias, es decir, la formación de un enlace entre G y A no complementarios es imposible.

El "empaquetado" del ADN, ¿cómo se convierte una hebra de ADN en un cromosoma?

¿Por qué estas cadenas de nucleótidos de ADN también se retuercen entre sí? ¿Por qué es necesario? El hecho es que la cantidad de nucleótidos es enorme y se necesita mucho espacio para acomodar cadenas tan largas. Por esta razón, hay un giro en espiral de dos cadenas de ADN alrededor de la otra. Este fenómeno se llama espiralización. Como resultado de la espiralización, las cadenas de ADN se acortan de 5 a 6 veces.

El cuerpo utiliza activamente algunas moléculas de ADN, mientras que otras rara vez se utilizan. Estas moléculas de ADN raramente utilizadas, además de la helicización, se someten a un "empaquetado" aún más compacto. ¡Un paquete tan compacto se llama superenrollamiento y acorta la cadena de ADN entre 25 y 30 veces!

¿Cómo se empaqueta la hélice de ADN?

Para el superenrollamiento se utilizan proteínas histonas, que tienen el aspecto y la estructura de una varilla o carrete de hilo. Hebras de ADN en espiral se enrollan en estas "bobinas": proteínas histonas. De esta forma, el filamento largo se empaqueta de forma muy compacta y ocupa muy poco espacio.

Si es necesario usar una u otra molécula de ADN, se produce el proceso de "desenrollamiento", es decir, el hilo de ADN se "desenrolla" de la "bobina": la proteína histona (si estaba enrollada) y se desenrolla de la hélice en dos cadenas paralelas. Y cuando la molécula de ADN se encuentra en tal estado sin torsión, entonces se puede leer la información genética necesaria. ¡Además, la lectura de la información genética ocurre solo a partir de hebras de ADN no retorcidas!

Un conjunto de cromosomas superenrollados se llama heterocromatina, y los cromosomas disponibles para leer información - eucromatina.

¿Qué son los genes, cuál es su relación con el ADN?

Ahora veamos qué son los genes. Se sabe que existen genes que determinan el grupo sanguíneo, el color de los ojos, el cabello, la piel y muchas otras propiedades de nuestro organismo. Un gen es una sección de ADN estrictamente definida, que consta de un cierto número de nucleótidos dispuestos en una combinación estrictamente definida. La ubicación en una sección de ADN estrictamente definida significa que un gen en particular tiene su lugar y es imposible cambiar este lugar. Es apropiado hacer tal comparación: una persona vive en cierta calle, en cierta casa y apartamento, y una persona no puede mudarse arbitrariamente a otra casa, apartamento oa otra calle. Un cierto número de nucleótidos en un gen significa que cada gen tiene un número específico de nucleótidos y no puede convertirse en más o menos. Por ejemplo, el gen que codifica la producción de insulina tiene una longitud de 60 pares de bases; el gen que codifica la producción de la hormona oxitocina tiene 370 pb.

Una secuencia estricta de nucleótidos es única para cada gen y está estrictamente definida. Por ejemplo, la secuencia AATTAATA es un fragmento de un gen que codifica para la producción de insulina. Para obtener insulina, se utiliza precisamente esa secuencia; para obtener, por ejemplo, adrenalina, se utiliza una combinación diferente de nucleótidos. Es importante comprender que solo una determinada combinación de nucleótidos codifica un determinado "producto" (adrenalina, insulina, etc.). Tal combinación única de un cierto número de nucleótidos, de pie en "su lugar" - esto es gene.

Además de los genes, las llamadas "secuencias no codificantes" se encuentran en la cadena de ADN. Tales secuencias de nucleótidos no codificantes regulan el funcionamiento de los genes, ayudan a la espiralización de los cromosomas y marcan los puntos de inicio y finalización de un gen. Sin embargo, hasta la fecha, el papel de la mayoría de las secuencias no codificantes sigue sin estar claro.

¿Qué es un cromosoma? cromosomas sexuales

La totalidad de los genes de un individuo se denomina genoma. Naturalmente, el genoma completo no puede empaquetarse en un solo ADN. El genoma se divide en 46 pares de moléculas de ADN. Un par de moléculas de ADN se llama cromosoma. Entonces, son precisamente estos cromosomas los que una persona tiene 46 piezas. Cada cromosoma lleva un conjunto de genes estrictamente definido, por ejemplo, el cromosoma 18 contiene genes que codifican el color de los ojos, etc. Los cromosomas difieren entre sí en longitud y forma. Las formas más comunes son en forma de X o Y, pero también hay otras. Una persona tiene dos cromosomas de la misma forma, que se denominan pares (pares). En relación con tales diferencias, todos los cromosomas emparejados están numerados: hay 23 pares. Esto significa que hay un par de cromosomas #1, par #2, #3 y así sucesivamente. Cada gen responsable de un rasgo particular se encuentra en el mismo cromosoma. En los manuales modernos para especialistas, la localización del gen puede indicarse, por ejemplo, de la siguiente manera: cromosoma 22, brazo largo.

¿Cuáles son las diferencias entre los cromosomas?

¿De qué otra manera se diferencian los cromosomas entre sí? ¿Qué significa el término brazo largo? Tomemos cromosomas en forma de X. El cruce de cadenas de ADN puede ocurrir estrictamente en el medio (X), o no puede ocurrir centralmente. Cuando tal intersección de hebras de ADN no ocurre centralmente, entonces, en relación con el punto de intersección, algunos extremos son más largos, otros, respectivamente, son más cortos. Tales extremos largos se denominan comúnmente el brazo largo del cromosoma y los extremos cortos, respectivamente, el brazo corto. Los cromosomas en forma de Y están ocupados principalmente por brazos largos, y los cortos son muy pequeños (ni siquiera se indican en la imagen esquemática).

El tamaño de los cromosomas fluctúa: los más grandes son los cromosomas de los pares No. 1 y No. 3, los cromosomas más pequeños de los pares No. 17, No. 19.

Además de formas y tamaños, los cromosomas difieren en sus funciones. De 23 pares, 22 pares son somáticos y 1 par es sexual. ¿Qué significa? Los cromosomas somáticos determinan todos los signos externos de un individuo, las características de sus reacciones conductuales, el psicotipo hereditario, es decir, todas las características y características de cada persona individual. Un par de cromosomas sexuales determina el sexo de una persona: hombre o mujer. Hay dos tipos de cromosomas sexuales humanos: X (X) e Y (Y). Si se combinan como XX (x - x), esta es una mujer, y si XY (x - y), tenemos un hombre frente a nosotros.

Enfermedades hereditarias y daño cromosómico

Sin embargo, hay "rupturas" del genoma, luego se detectan enfermedades genéticas en las personas. Por ejemplo, cuando hay tres cromosomas en 21 pares de cromosomas en lugar de dos, una persona nace con síndrome de Down.

Hay muchos "desgloses" más pequeños del material genético que no conducen a la aparición de la enfermedad, sino que, por el contrario, le dan buenas propiedades. Todas las "rupturas" del material genético se denominan mutaciones. Las mutaciones que conducen a la enfermedad o al deterioro de las propiedades del organismo se consideran negativas y las mutaciones que conducen a la formación de nuevas propiedades beneficiosas se consideran positivas.

Sin embargo, en relación a la mayoría de las enfermedades que padecen las personas en la actualidad, no es una enfermedad que se hereda, sino solo una predisposición. Por ejemplo, en el padre de un niño, el azúcar se absorbe lentamente. Esto no significa que el niño nacerá con diabetes, pero el niño tendrá una predisposición. Esto significa que si un niño abusa de los dulces y los productos de harina, desarrollará diabetes.

Hoy, los llamados predicativo la medicina. Como parte de esta práctica médica, se identifican las predisposiciones en una persona (en base a la identificación de los genes correspondientes) y luego se le dan recomendaciones: qué dieta seguir, cómo alternar adecuadamente los regímenes de trabajo y descanso para no contraer enfermo.

¿Cómo leer la información codificada en el ADN?

Pero, ¿cómo se puede leer la información contenida en el ADN? ¿Cómo lo usa su propio cuerpo? El propio ADN es una especie de matriz, pero no simple, sino codificada. Para leer la información de la matriz de ADN, primero se transfiere a un transportador especial: el ARN. El ARN es químicamente ácido ribonucleico. Se diferencia del ADN en que puede pasar a través de la membrana nuclear hacia el interior de la célula, mientras que el ADN carece de esta capacidad (solo se puede encontrar en el núcleo). La información codificada se utiliza en la propia célula. Entonces, el ARN es un portador de información codificada desde el núcleo hasta la célula.

¿Cómo ocurre la síntesis de ARN, cómo se sintetiza la proteína con la ayuda del ARN?

Las cadenas de ADN de las que se debe “leer” la información se desenrollan, una enzima especial, el “constructor”, se acerca a ellas y sintetiza una cadena de ARN complementaria en paralelo con la cadena de ADN. La molécula de ARN también consta de 4 tipos de nucleótidos: adenina (A), uracilo (U), guanina (G) y citosina (C). En este caso, los siguientes pares son complementarios: adenina - uracilo, guanina - citosina. Como puede ver, a diferencia del ADN, el ARN usa uracilo en lugar de timina. Es decir, la enzima "constructora" funciona de la siguiente manera: si ve A en la hebra de ADN, entonces une Y a la hebra de ARN, si es G, entonces une C, etc. Por lo tanto, se forma una plantilla a partir de cada gen activo durante la transcripción: una copia de ARN que puede atravesar la membrana nuclear.

¿Cómo se codifica la síntesis de una proteína por un gen en particular?

Después de salir del núcleo, el ARN ingresa al citoplasma. Ya en el citoplasma, el ARN puede integrarse, como matriz, en sistemas enzimáticos especiales (ribosomas), que pueden sintetizar, guiados por la información del ARN, la secuencia de aminoácidos correspondiente de la proteína. Como sabes, una molécula de proteína está formada por aminoácidos. ¿Cómo se las arregla el ribosoma para saber qué aminoácido debe unirse a la cadena de proteínas en crecimiento? Esto se hace sobre la base de un código de triplete. El código triplete significa que la secuencia de tres nucleótidos de la cadena de ARN ( trillizo, por ejemplo, GGU) código para un aminoácido (en este caso, glicina). Cada aminoácido está codificado por un triplete específico. Y así, el ribosoma "lee" el triplete, determina qué aminoácido debe agregarse a continuación a medida que la información se lee en el ARN. Cuando se forma una cadena de aminoácidos, toma una cierta forma espacial y se convierte en una proteína capaz de llevar a cabo las funciones enzimáticas, de construcción, hormonales y otras que se le asignan.

La proteína para cualquier organismo vivo es un producto genético. Son las proteínas las que determinan todas las diversas propiedades, cualidades y manifestaciones externas de los genes.

El tiempo en el que vivimos está marcado por cambios asombrosos, un gran progreso, cuando las personas reciben respuestas a más y más preguntas nuevas. La vida avanza a pasos agigantados, y lo que hasta hace poco parecía imposible empieza a hacerse realidad. Es muy posible que lo que hoy parece una trama del género de la ciencia ficción pronto adquiera también rasgos de realidad.

Uno de los descubrimientos más importantes de la segunda mitad del siglo XX fue el de los ácidos nucleicos ARN y ADN, gracias a los cuales el hombre estuvo más cerca de desentrañar los misterios de la naturaleza.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son compuestos orgánicos con propiedades de alto peso molecular. Incluyen hidrógeno, carbono, nitrógeno y fósforo.

Fueron descubiertos en 1869 por F. Misher, quien investigó el pus. Sin embargo, en ese momento no se le dio mucha importancia a su descubrimiento. Solo más tarde, cuando estos ácidos se encontraron en todas las células animales y vegetales, llegó la comprensión de su enorme papel.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ARN y ADN (ácidos ribonucleico y desoxirribonucleico). Este artículo está dedicado al ácido ribonucleico, pero para una comprensión general, también consideraremos qué es el ADN.

Qué

El ADN está formado por dos hebras que están conectadas según la ley de complementariedad por puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas. Las cadenas largas se retuercen en espiral, una vuelta contiene casi diez nucleótidos. El diámetro de la doble hélice es de dos milímetros, la distancia entre los nucleótidos es de aproximadamente medio nanómetro. La longitud de una molécula a veces alcanza varios centímetros. La longitud del ADN en el núcleo de una célula humana es de casi dos metros.

La estructura del ADN contiene todo el ADN que tiene replicación, lo que significa un proceso durante el cual se forman dos moléculas hijas completamente idénticas a partir de una molécula.

Como ya se ha señalado, la cadena está formada por nucleótidos que, a su vez, están formados por bases nitrogenadas (adenina, guanina, timina y citosina) y un residuo de ácido fosforoso. Todos los nucleótidos difieren en bases nitrogenadas. Los puentes de hidrógeno no ocurren entre todas las bases; la adenina, por ejemplo, solo puede combinarse con timina o guanina. Por lo tanto, hay tantos nucleótidos de adenilo en el cuerpo como nucleótidos de timidilo, y el número de nucleótidos de guanilo es igual al de nucleótidos de citidilo (regla de Chargaff). Resulta que la secuencia de una cadena predetermina la secuencia de otra y las cadenas parecen reflejarse entre sí. Este patrón, en el que los nucleótidos de dos cadenas se organizan de manera ordenada y también se conectan de forma selectiva, se denomina principio de complementariedad. Además de los compuestos de hidrógeno, la doble hélice también interactúa hidrofóbicamente.

Las dos cadenas están en direcciones opuestas, es decir, están ubicadas en direcciones opuestas. Por lo tanto, frente al extremo tres "de uno está el extremo cinco" de la otra cadena.

Exteriormente, se parece a una escalera de caracol, cuya barandilla es una columna vertebral de azúcar-fosfato, y los escalones son bases nitrogenadas complementarias.

¿Qué es el ácido ribonucleico?

El ARN es un ácido nucleico con monómeros llamados ribonucleótidos.

En propiedades químicas, es muy similar al ADN, ya que ambos son polímeros de nucleótidos, que son un N-glucósido fosforilado que se construye sobre un residuo de pentosa (azúcar de cinco carbonos), con un grupo fosfato en el quinto átomo de carbono y un base nitrogenada en el primer átomo de carbono.

Es una sola cadena de polinucleótidos (a excepción de los virus), que es mucho más corta que la del ADN.

Un monómero de ARN son los residuos de las siguientes sustancias:

• bases nitrogenadas;
• monosacárido de cinco carbonos;
• ácidos de fósforo.

Los ARN tienen bases de pirimidina (uracilo y citosina) y purina (adenina, guanina). La ribosa es el monosacárido del nucleótido de ARN.

Diferencias entre ARN y ADN

Los ácidos nucleicos difieren entre sí en las siguientes propiedades:

• su cantidad en la célula depende del estado fisiológico, edad y afiliación orgánica;
• El ADN contiene el carbohidrato desoxirribosa y el ARN contiene ribosa;
• la base nitrogenada en el ADN es la timina y en el ARN es el uracilo;
• las clases realizan diferentes funciones, pero se sintetizan en la matriz de ADN;
• El ADN está formado por una doble hélice, mientras que el ARN está formado por una sola hebra;
• no es característico de actuar en el ADN;
• El ARN tiene más bases menores;
• las cadenas varían mucho en longitud.

historia de estudio

La célula de ARN fue descubierta por primera vez por un bioquímico alemán R. Altman mientras estudiaba células de levadura. A mediados del siglo XX se comprobó el papel del ADN en la genética. Solo entonces se describieron los tipos de ARN, las funciones, etc. Hasta el 80-90% de la masa de la célula recae en el ARNr, que junto con las proteínas forman el ribosoma y participan en la biosíntesis de proteínas.

En los años sesenta del siglo pasado, se planteó por primera vez que debía existir una determinada especie que portase la información genética para la síntesis de proteínas. Después de eso, se estableció científicamente que existen tales ácidos ribonucleicos informativos que representan copias complementarias de genes. También se les llama ARN mensajero.

Los llamados ácidos de transporte intervienen en la decodificación de la información registrada en ellos.

Posteriormente, comenzaron a desarrollarse métodos para identificar la secuencia de nucleótidos y establecer la estructura del ARN en el espacio ácido. Entonces se encontró que algunos de ellos, que se llamaron ribozimas, pueden romper cadenas de polirribonucleótidos. Como resultado, comenzaron a suponer que en el momento en que nació la vida en el planeta, el ARN actuó sin ADN ni proteínas. Además, todas las transformaciones se llevaron a cabo con su participación.

La estructura de la molécula de ácido ribonucleico.

Casi todos los ARN son cadenas simples de polinucleótidos que, a su vez, consisten en monorribonucleótidos: bases de purina y pirimidina.

Los nucleótidos se denotan con las letras iniciales de las bases:

• adenina (A), A;
• guanina (G), G;
• citosina (C), C;
• uracilo (U), U.

Están interconectados por enlaces de tres y cinco fosfodiéster.

En la estructura del ARN se incluye un número muy diferente de nucleótidos (de varias decenas a decenas de miles). Pueden formar una estructura secundaria que consiste principalmente en hebras cortas de doble cadena que están formadas por bases complementarias.

Estructura de una molécula de ácido ribnucleico

Como ya se mencionó, la molécula tiene una estructura monocatenaria. El ARN recibe su estructura y forma secundarias como resultado de la interacción de los nucleótidos entre sí. Es un polímero cuyo monómero es un nucleótido formado por un azúcar, un residuo de ácido fosforado y una base nitrogenada. Exteriormente, la molécula es similar a una de las cadenas de ADN. Los nucleótidos adenina y guanina, que forman parte del ARN, son purinas. La citosina y el uracilo son bases de pirimidina.

Proceso de síntesis

Para que se sintetice una molécula de ARN, la plantilla es una molécula de ADN. Es cierto que también ocurre el proceso inverso, cuando se forman nuevas moléculas de ácido desoxirribonucleico en la matriz de ácido ribonucleico. Esto ocurre durante la replicación de ciertos tipos de virus.

Otras moléculas de ácido ribonucleico también pueden servir como base para la biosíntesis. Su transcripción, que ocurre en el núcleo celular, involucra muchas enzimas, pero la más importante de ellas es la ARN polimerasa.

Tipos

Dependiendo del tipo de ARN, sus funciones también difieren. Hay varios tipos:

• i-ARN informativo;
• ARNr ribosómico;
• transporte t-ARN;
• menor;
• ribozimas;
• viral.

Información ácido ribonucleico

Estas moléculas también se denominan matriz. Constituyen aproximadamente el dos por ciento del total en la celda. En las células eucariotas, se sintetizan en los núcleos sobre moldes de ADN, luego pasan al citoplasma y se unen a los ribosomas. Además, se convierten en plantillas para la síntesis de proteínas: se unen mediante ARN de transferencia que transportan aminoácidos. Así es como ocurre el proceso de transformación de la información, que se concreta en la estructura única de la proteína. En algunos ARN virales, también es un cromosoma.

Jacob y Mano son los descubridores de esta especie. Al no tener una estructura rígida, su cadena forma bucles curvos. Si no funciona, el i-RNA se junta en pliegues y se pliega en una bola y se despliega en condiciones de funcionamiento.

El ARNm lleva información sobre la secuencia de aminoácidos en la proteína que se está sintetizando. Cada aminoácido está codificado en un lugar específico mediante códigos genéticos, que se caracterizan por:

• triplete: a partir de cuatro mononucleótidos es posible construir sesenta y cuatro codones (código genético);
• sin cruce: la información se mueve en una dirección;
• continuidad: el principio de funcionamiento es que un ARNm es una proteína;
• universalidad: uno u otro tipo de aminoácido se codifica en todos los organismos vivos de la misma manera;
• degeneración: se conocen veinte aminoácidos y sesenta y un codones, es decir, están codificados por varios códigos genéticos.

Ácido ribonucleico ribosomal

Estas moléculas constituyen la gran mayoría del ARN celular, es decir, entre el ochenta y el noventa por ciento del total. Se combinan con proteínas y forman ribosomas, que son orgánulos que realizan la síntesis de proteínas.

Los ribosomas son sesenta y cinco por ciento de ARNr y treinta y cinco por ciento de proteína. Esta cadena de polinucleótidos se dobla fácilmente junto con la proteína.

El ribosoma consta de regiones de aminoácidos y péptidos. Se encuentran en las superficies de contacto.

Los ribosomas se mueven libremente a los lugares correctos. No son muy específicos y no solo pueden leer información del ARNm, sino también formar una matriz con ellos.

Transporte de ácido ribonucleico

Los ARNt son los más estudiados. Constituyen el diez por ciento del ácido ribonucleico celular. Estos tipos de ARN se unen a los aminoácidos gracias a una enzima especial y se envían a los ribosomas. En este caso, los aminoácidos son transportados por moléculas de transporte. Sin embargo, sucede que diferentes codones codifican para un aminoácido. Luego, varios ARN de transporte los transportarán.

Se enrosca en una bola cuando está inactivo y, cuando funciona, tiene la apariencia de una hoja de trébol.

Contiene las siguientes secciones:

• un tallo aceptor que tiene una secuencia de nucleótidos ACC;
• sitio de unión al ribosoma;
• un anticodón que codifica el aminoácido que está unido a este ARNt.

Especies menores de ácido ribonucleico

Recientemente, las especies de ARN se han repuesto con una nueva clase, los llamados ARN pequeños. Lo más probable es que sean reguladores universales que activan o desactivan los genes en el desarrollo embrionario y también controlan los procesos dentro de las células.

Recientemente también se han identificado ribozimas, que participan activamente cuando se fermenta el ácido del ARN, actuando como catalizador.

Tipos virales de ácidos

El virus es capaz de contener ácido ribonucleico o ácido desoxirribonucleico. Por lo tanto, con las moléculas correspondientes, se les llama que contienen ARN. Cuando un virus de este tipo ingresa a una célula, se produce una transcripción inversa: aparece nuevo ADN basado en el ácido ribonucleico, que se integra en las células, lo que garantiza la existencia y reproducción del virus. En otro caso, la formación de ARN complementario se produce en el ARN entrante. Los virus son proteínas, la actividad vital y la reproducción se realizan sin ADN, pero solo sobre la base de la información contenida en el ARN del virus.

replicación

Para mejorar la comprensión general, es necesario considerar el proceso de replicación, que da como resultado dos moléculas de ácido nucleico idénticas. Así es como comienza la división celular.

Se trata de polimerasas de ADN, dependientes de ADN, polimerasas de ARN y ligasas de ADN.

El proceso de replicación consta de los siguientes pasos:

• desspiralización: hay un desenrollamiento secuencial del ADN materno, capturando la molécula completa;
• ruptura de los enlaces de hidrógeno, en los que las cadenas divergen y aparece una horquilla de replicación;
• ajuste de dNTPs a las bases liberadas de cadenas maternas;
• escisión de pirofosfatos de moléculas de dNTP y formación de enlaces fosforodiéster debido a la energía liberada;
• respiración.

Después de la formación de la molécula hija, el núcleo, el citoplasma y el resto se dividen. Así, se forman dos células hijas que han recibido por completo toda la información genética.

Además, se codifica la estructura primaria de las proteínas que se sintetizan en la célula. El ADN participa en este proceso de forma indirecta, y no directa, que consiste en que es sobre el ADN donde tiene lugar la síntesis de las proteínas, ARN implicado en la formación. Este proceso se llama transcripción.

Transcripción

La síntesis de todas las moléculas se produce durante la transcripción, es decir, la reescritura de la información genética a partir de un operón de ADN específico. El proceso es similar en algunos aspectos a la replicación y en otros es muy diferente.

Las similitudes son las siguientes partes:

• el comienzo viene de la desespiralización del ADN;
• hay una ruptura en los enlaces de hidrógeno entre las bases de las cadenas;
• los NTF se ajustan complementariamente a ellos;
• se forman puentes de hidrógeno.

Diferencias de la replicación:

• durante la transcripción, solo se desenrosca la sección de ADN correspondiente al transcrito, mientras que durante la replicación, se desenrosca la molécula entera;
• durante la transcripción, los NTP sintonizables contienen ribosa y, en lugar de timina, uracilo;
• la información se cancela solo de un área determinada;
• después de la formación de la molécula, los enlaces de hidrógeno y la hebra sintetizada se rompen y la hebra se separa del ADN.

Para un funcionamiento normal, la estructura primaria del ARN debe consistir únicamente en secciones de ADN eliminadas de los exones.

El ARN recién formado comienza el proceso de maduración. Las regiones silenciosas se extirpan y las regiones informativas se fusionan para formar una cadena de polinucleótidos. Además, cada especie tiene transformaciones inherentes solo a ella.

En el ARNm, se produce la unión al extremo inicial. El poliadenilato se une al sitio final.

Las bases se modifican en el ARNt para formar especies menores.

En el ARNr, las bases individuales también están metiladas.

Proteger de la destrucción y mejorar el transporte de proteínas al citoplasma. El ARN en estado maduro está conectado a ellos.

Importancia de los ácidos desoxirribonucleico y ribonucleico

Los ácidos nucleicos son de gran importancia en la vida de los organismos. Almacenan, transfieren al citoplasma y heredan a las células hijas información sobre las proteínas sintetizadas en cada célula. Están presentes en todos los organismos vivos, la estabilidad de estos ácidos juega un papel importante para el funcionamiento normal tanto de las células como de todo el organismo. Cualquier cambio en su estructura conducirá a cambios celulares.

Hace casi medio siglo, en 1953, D. Watson y F. Crick descubrieron el principio de la organización estructural (molecular) de la sustancia génica: el ácido desoxirribonucleico (ADN). La estructura del ADN dio la clave del mecanismo de reproducción exacta -reduplicación- de la sustancia génica. Entonces surgió una nueva ciencia: la biología molecular. Se formuló el llamado dogma central de la biología molecular: ADN - ARN - proteína. Su significado es que la información genética registrada en el ADN se realiza en forma de proteínas, pero no directamente, sino a través de un polímero relacionado, el ácido ribonucleico (ARN), y este camino de los ácidos nucleicos a las proteínas es irreversible. Así, el ADN se sintetiza sobre ADN, proporcionando su propia reduplicación, es decir, la reproducción del material genético original en generaciones; El ARN se sintetiza a partir del ADN, lo que da como resultado la reescritura o transcripción de la información genética en múltiples copias de ARN; Las moléculas de ARN sirven como moldes para la síntesis de proteínas: la información genética se traduce en forma de cadenas polipeptídicas. En casos especiales, el ARN se puede transcribir en forma de ADN ("transcripción inversa") y también se puede copiar en forma de ARN (replicación), pero una proteína nunca puede ser una plantilla para los ácidos nucleicos (ver para más detalles).

Entonces, es el ADN el que determina la herencia de los organismos, es decir, un conjunto de proteínas y rasgos relacionados que se reproducen en generaciones. La biosíntesis de proteínas es el proceso central de la materia viva, y los ácidos nucleicos le proporcionan, por un lado, un programa que determina el conjunto completo y las especificidades de las proteínas sintetizadas, y por otro, un mecanismo para reproducir con precisión este programa en generaciones. . En consecuencia, el origen de la vida en su forma celular moderna se reduce a la aparición de un mecanismo de biosíntesis proteica heredada.

BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS

El dogma central de la biología molecular postula sólo una forma de transferir la información genética de los ácidos nucleicos a las proteínas y, en consecuencia, a las propiedades y características de un organismo vivo. El estudio de los mecanismos de realización de esta vía en las décadas que siguieron a la formulación del dogma central reveló funciones mucho más diversas del ARN además de ser un simple portador de información de los genes (ADN) a las proteínas y servir como matriz para la síntesis de proteínas. .

En la fig. 1 muestra un esquema general de la biosíntesis de proteínas en una célula. ARN mensajero(ARN mensajero, ARN mensajero, ARNm), que codifican proteínas, que se discutió anteriormente, es solo una de las tres clases principales de ARN celular. Su volumen (alrededor del 80%) es otra clase de ARN: ARN ribosomal, que forman el marco estructural y los centros funcionales de las partículas sintetizadoras de proteínas universales: los ribosomas. Son los ARN ribosómicos los responsables, tanto estructural como funcionalmente, de la formación de máquinas moleculares ultramicroscópicas llamadas ribosomas. Los ribosomas reciben información genética en forma de moléculas de ARNm y, al ser programados por este último, fabrican proteínas en estricta conformidad con este programa.

Sin embargo, para sintetizar proteínas, la información o un programa por sí solo no es suficiente, también se necesita un material del que se puedan fabricar. El flujo de material para la síntesis de proteínas va a los ribosomas a través de la tercera clase de ARN celular: transferir ARN(ARN de transferencia, ARN de transferencia, ARNt). Se unen covalentemente (aceptan) aminoácidos, que sirven como material de construcción para las proteínas, y entran en los ribosomas en forma de aminoacil-tRNA. En los ribosomas, los aminoacil-tRNA interactúan con codones (combinaciones de tres nucleótidos) de mRNA, como resultado de lo cual los codones se decodifican durante la traducción.

ÁCIDOS RIBONUCLEICOS

Entonces, tenemos un conjunto de ARN celulares principales que determinan el proceso principal de la materia viva moderna: la biosíntesis de proteínas. Estos son ARNm, ARN ribosómico y ARNt. El ARN se sintetiza en el ADN usando enzimas (ARN polimerasas que llevan a cabo la transcripción) reescribiendo ciertas secciones (segmentos lineales) de ADN bicatenario en forma de ARN monocatenario. Las regiones de ADN que codifican proteínas celulares se transcriben como ARNm, mientras que para la síntesis de numerosas copias de ARN ribosómico y ARNt, existen regiones especiales del genoma celular a partir de las cuales tiene lugar una reescritura intensiva sin traducción posterior a proteínas.

Estructura química del ARN. Químicamente, el ARN es muy similar al ADN. Ambas sustancias son polímeros lineales de nucleótidos. Cada monómero, nucleótido, es un N-glucósido fosforilado, construido a partir de un residuo de azúcar de cinco carbonos, pentosa, que lleva un grupo fosfato en el grupo hidroxilo del quinto átomo de carbono (enlace éster) y una base nitrogenada en el primer átomo de carbono ( enlace N-glucosídico). La principal diferencia química entre el ADN y el ARN es que el residuo de azúcar del monómero de ARN es la ribosa, y el monómero del ADN es la desoxirribosa, que es un derivado de la ribosa, en el que no hay un grupo hidroxilo en el segundo átomo de carbono (Fig. 2). ).

Hay cuatro tipos de bases nitrogenadas tanto en el ADN como en el ARN: dos bases de purina, adenina (A) y guanina (G), y dos bases de pirimidina, citosina (C) y uracilo (U) o su derivado metilado timina (T).

El uracilo es característico de los monómeros de ARN, mientras que la timina es característica de los monómeros de ADN, y esta es la segunda diferencia entre el ARN y el ADN. Los monómeros, ribonucleótidos de ARN o desoxirribonucleótidos de ADN, forman una cadena polimérica formando puentes fosfodiéster entre los residuos de azúcar (entre el quinto y el tercer átomo de carbono de la pentosa). Por lo tanto, la cadena polimérica de un ácido nucleico (ADN o ARN) se puede representar como un esqueleto de azúcar-fosfato lineal con bases nitrogenadas como grupos laterales.

Estructura macromolecular del ARN. La diferencia macroestructural fundamental entre los dos tipos de ácidos nucleicos es que el ADN es una sola hélice doble, es decir, una macromolécula de dos cadenas de polímeros enlazadas complementarias, enrolladas helicoidalmente alrededor de un eje común (ver [ , ]), y el ARN es una sola -polímero trenzado. Al mismo tiempo, las interacciones de los grupos laterales (bases nitrogenadas) entre sí, así como con los fosfatos e hidroxilos del esqueleto de azúcar-fosfato, conducen al hecho de que un polímero de ARN monocatenario se pliega sobre sí mismo y se retuerce en una estructura compacta, similar al plegamiento de una cadena polipeptídica de proteína en un glóbulo compacto. De esta forma, las secuencias de nucleótidos de ARN únicas pueden formar estructuras espaciales únicas.

La estructura espacial específica del ARN se demostró por primera vez al descifrar la estructura atómica de uno de los ARNt en 1974 [ , ] (Fig. 3). El plegamiento de la cadena polimérica del ARNt, que consiste en monómeros de 76 nucleótidos, conduce a la formación de un núcleo globular muy compacto, del cual sobresalen dos protuberancias en ángulo recto. Son hélices dobles cortas similares al ADN, pero organizadas por la interacción de secciones de la misma cadena de ARN. Una de las protuberancias es un aceptor de aminoácidos y participa en la síntesis de la cadena polipeptídica de la proteína en el ribosoma, mientras que la otra está destinada a la interacción complementaria con el triplete codificante (codón) del ARNm en el mismo ribosoma. Solo una estructura de este tipo es capaz de interactuar específicamente con la proteína-enzima que une el aminoácido al ARNt y con el ribosoma durante la traducción, es decir, ser "reconocida" específicamente por ellos.

El estudio de los ARN ribosómicos aislados proporcionó el siguiente ejemplo sorprendente de la formación de estructuras compactas específicas a partir de polímeros lineales incluso más largos de este tipo. El ribosoma consta de dos partes desiguales: subpartículas ribosómicas grandes y pequeñas (subunidades). Cada subunidad está construida a partir de un ARN de alto polímero y una variedad de proteínas ribosómicas. La longitud de las cadenas de ARN ribosomal es muy significativa: por ejemplo, el ARN de la subunidad pequeña del ribosoma bacteriano contiene más de 1500 nucleótidos y el ARN de la subunidad grande contiene alrededor de 3000 nucleótidos. En los mamíferos, incluidos los humanos, estos ARN son incluso más grandes: alrededor de 1900 nucleótidos y más de 5000 nucleótidos en las subunidades pequeña y grande, respectivamente.

Se ha demostrado que los ARN ribosómicos aislados, separados de sus proteínas asociadas y obtenidos en forma pura, son capaces de plegarse espontáneamente en estructuras compactas similares en tamaño y forma a las subunidades ribosómicas]. La forma de las subpartículas grandes y pequeñas es diferente y, en consecuencia, la forma de los ARN ribosómicos grandes y pequeños es diferente (Fig. 4). Por lo tanto, las cadenas lineales de ARN ribosómico se autoorganizan en estructuras espaciales específicas que determinan el tamaño, la forma y, aparentemente, la estructura interna de las subpartículas ribosómicas y, en consecuencia, de todo el ribosoma.

ARN menores. A medida que se estudiaban los componentes de una célula viva y las fracciones individuales del ARN celular total, quedó claro que el asunto no se limitaba a los tres tipos principales de ARN. Resultó que en la naturaleza hay muchos otros tipos de ARN. Estos son, en primer lugar, los llamados "pequeños ARN", que contienen hasta 300 nucleótidos, a menudo con funciones desconocidas. Por regla general, están asociados con una o más proteínas y están presentes en la célula como ribonucleoproteínas - "pequeños RNP".

Los ARN pequeños están presentes en todas las partes de la célula, incluidos el citoplasma, el núcleo, el nucléolo y las mitocondrias. La mayoría de esos pequeños RNP cuyas funciones se conocen están involucrados en los mecanismos de procesamiento postranscripcional de los principales tipos de ARN (procesamiento de ARN): la transformación de precursores de ARNm en ARNm maduros (empalme), edición de ARNm, biogénesis de ARNt, maduración de ARN ribosomal. Uno de los tipos más abundantes de RNP pequeños (SRP) en las células juega un papel clave en el transporte de proteínas sintetizadas a través de la membrana celular. Hay tipos conocidos de ARN pequeños que realizan funciones reguladoras en la traducción. Un pequeño ARN especial es parte de la enzima más importante responsable de mantener la replicación del ADN en las generaciones de células: la telomerasa. Cabe decir que sus tamaños moleculares son comparables con los tamaños de las proteínas globulares celulares. Por lo tanto, gradualmente se vuelve claro que el funcionamiento de una célula viva está determinado no solo por la variedad de proteínas sintetizadas en ella, sino también por la presencia de un rico conjunto de varios ARN, de los cuales los ARN pequeños imitan en gran medida la compacidad y el tamaño de proteinas

Ribozimas. Toda la vida activa se basa en el metabolismo: el metabolismo, y todas las reacciones bioquímicas del metabolismo ocurren a las velocidades apropiadas para la vida solo gracias a catalizadores específicos altamente eficientes creados por la evolución. Durante muchas décadas, los bioquímicos han estado convencidos de que la catálisis biológica siempre y en todas partes es llevada a cabo por proteínas llamadas enzimas, o enzimas Y así en 1982-1983. se demostró que en la naturaleza existen tipos de ARN que, al igual que las proteínas, tienen una actividad catalítica altamente específica [ , ]. Tales catalizadores de ARN han sido llamados ribozimas. La idea de la exclusividad de las proteínas en la catálisis de reacciones bioquímicas llegó a su fin.

En la actualidad, el ribosoma también se considera una ribozima. De hecho, todos los datos experimentales disponibles indican que la síntesis de la cadena polipeptídica de la proteína en el ribosoma está catalizada por el ARN ribosómico y no por las proteínas ribosómicas. Se ha identificado una región catalítica de ARN ribosómico grande, que es responsable de la catálisis de la reacción de transpeptidación, a través de la cual se extiende la cadena polipeptídica de la proteína durante la traducción.

En cuanto a la replicación del ADN viral, su mecanismo no difiere mucho de la reduplicación del material genético -ADN- de la propia célula. En el caso del ARN viral, se realizan procesos que están suprimidos o completamente ausentes en las células normales, donde todo el ARN se sintetiza solo en el ADN como plantilla. Cuando se infecta con virus que contienen ARN, la situación puede ser doble. En algunos casos, el ADN se sintetiza en el ARN viral como plantilla ("transcripción inversa"), y se transcriben numerosas copias de ARN viral en este ADN. En otros casos, los más interesantes para nosotros, se sintetiza una cadena de ARN complementaria en el ARN viral, que sirve como plantilla para la síntesis - replicación - de nuevas copias de ARN viral. Así, durante la infección con virus que contienen ARN, se realiza la capacidad fundamental del ARN para determinar la reproducción de su propia estructura, como es el caso del ADN.

Multifuncionalidad del ARN. Resumiendo y repasando los conocimientos sobre las funciones del ARN, podemos hablar de la extraordinaria multifuncionalidad de este polímero en la naturaleza. Se puede dar la siguiente lista de las principales funciones conocidas del ARN.

Función replicativa genética: capacidad estructural para copiar (replicar) secuencias lineales de nucleótidos a través de secuencias complementarias. La función se realiza en las infecciones virales y es similar a la función principal del ADN en la vida de los organismos celulares: la reduplicación del material genético.

Función codificadora: programación de la síntesis de proteínas por secuencias lineales de nucleótidos. Esta es la misma función que el ADN. Tanto en el ADN como en el ARN, los mismos tripletes de nucleótidos codifican 20 aminoácidos de proteínas, y la secuencia de tripletes en una cadena de ácido nucleico es un programa para la disposición secuencial de 20 tipos de aminoácidos en una cadena polipeptídica de proteína.

Función formadora de estructuras: formación de estructuras tridimensionales únicas. Las pequeñas moléculas de ARN plegadas de forma compacta son fundamentalmente similares a las estructuras tridimensionales de las proteínas globulares, mientras que las moléculas de ARN más largas también pueden formar partículas biológicas más grandes o sus núcleos.

Función de reconocimiento: interacciones espaciales altamente específicas con otras macromoléculas (incluidas proteínas y otros ARN) y con ligandos pequeños. Esta función es quizás la principal en las proteínas. Se basa en la capacidad de un polímero para plegarse de una manera única y formar estructuras tridimensionales específicas. La función de reconocimiento es la base de la catálisis específica.

Función catalítica: catálisis específica de reacciones químicas por ribozimas. Esta función es similar a la función enzimática de las proteínas enzimáticas.

En general, el ARN nos parece un polímero tan asombroso que, al parecer, ni el tiempo de la evolución del Universo, ni el intelecto del Creador deberían haber sido suficientes para su invención. Como puede verse, el ARN es capaz de realizar las funciones de ambos polímeros fundamentalmente importantes para la vida: el ADN y las proteínas. No es de extrañar que ante la ciencia surgiera la pregunta: ¿podría el surgimiento y la existencia autosuficiente del mundo del ARN preceder al surgimiento de la vida en su forma moderna de ADN-proteína?

ORIGEN DE LA VIDA

Teoría de proteína-coacervado de Oparin. Quizás la primera teoría científica y bien pensada sobre el origen de la vida de forma abiogénica fue propuesta por el bioquímico A.I. Oparin allá por los años 20 del siglo pasado [,]. La teoría se basaba en la noción de que todo comenzó con las proteínas y en la posibilidad, bajo ciertas condiciones, de la síntesis química espontánea de monómeros de proteínas - aminoácidos - y polímeros similares a proteínas (polipéptidos) de forma abiogénica. La publicación de la teoría estimuló numerosos experimentos en varios laboratorios de todo el mundo, que mostraron la realidad de tal síntesis en condiciones artificiales. La teoría rápidamente se volvió generalmente aceptada y extraordinariamente popular.

Su postulado principal era que los compuestos similares a proteínas que surgían espontáneamente en el "caldo" primario se combinaban "en gotas coacervadas, sistemas coloidales separados (soles) que flotan en una solución acuosa más diluida. Esto dio el principal requisito previo para la aparición de organismos: la aislamiento de un determinado sistema bioquímico del medio ambiente, su compartimentación. Dado que algunos compuestos similares a proteínas de las gotas de coacervado podrían tener actividad catalítica, fue posible experimentar reacciones de síntesis bioquímica dentro de las gotas: había una apariencia de asimilación y, por lo tanto, el crecimiento. del coacervado con su posterior desintegración en partes - reproducción coacervado fue considerado como un prototipo de una célula viva (Fig. 5).

Todo estaba bien pensado y científicamente fundamentado en teoría, excepto por un problema, que durante mucho tiempo hizo la vista gorda a casi todos los expertos en el campo del origen de la vida. Si construcciones únicas exitosas de moléculas de proteína (por ejemplo, catalizadores efectivos que brindan una ventaja para este coacervado en el crecimiento y la reproducción) surgieron espontáneamente, por medio de síntesis aleatorias sin plantilla en un coacervado, ¿cómo podrían copiarse para su distribución dentro del coacervado? , y más aún para la transmisión a coacervados descendientes? La teoría no ha podido ofrecer una solución al problema de la reproducción exacta, dentro del coacervado y en generaciones, de estructuras proteicas efectivas únicas que aparecen al azar.

El mundo del ARN como precursor de la vida moderna. La acumulación de conocimiento sobre el código genético, los ácidos nucleicos y la biosíntesis de proteínas condujo a la aprobación de una idea fundamentalmente nueva sobre TOM, que todo comenzó no con proteínas en absoluto, sino con ARN [ - ]. Los ácidos nucleicos son el único tipo de polímeros biológicos cuya estructura macromolecular, debido al principio de complementariedad en la síntesis de nuevas cadenas (para más detalles, ver), les otorga la capacidad de copiar su propia secuencia lineal de unidades monoméricas, es decir, la capacidad de reproducir (replicar) el polímero, su microestructura. Por tanto, sólo los ácidos nucleicos, pero no las proteínas, pueden ser material genético, es decir, moléculas reproducibles que repiten su microestructura específica en generaciones.

Por varias razones, es el ARN, y no el ADN, el que podría representar el material genético primario.

En primer lugar, tanto en la síntesis química como en las reacciones bioquímicas, los ribonucleótidos preceden a los desoxirribonucleótidos; los desoxirribonucleótidos son productos de la modificación de los ribonucleótidos (ver Fig. 2).

En segundo lugar, en los procesos más antiguos y universales del metabolismo vital, son los ribonucleótidos, y no los desoxirribonucleótidos, los que están ampliamente representados, incluidos los principales portadores de energía como los ribonucleósidos polifosfatos (ATP, etc.).

En tercer lugar, La replicación del ARN puede ocurrir sin la participación del ADN, y el mecanismo de replicación del ADN, incluso en el mundo moderno, requiere la participación obligatoria de un cebador de ARN en el inicio de la síntesis de la cadena de ADN.

Cuatro, Al poseer la misma plantilla y funciones genéticas que el ADN, el ARN también es capaz de realizar una serie de funciones inherentes a las proteínas, incluida la catálisis de reacciones químicas. Por lo tanto, hay muchas razones para considerar el ADN como una adquisición evolutiva posterior, como una modificación del ARN, especializada para realizar la función de reproducir y almacenar copias únicas de genes en el genoma celular sin participación directa en la biosíntesis de proteínas.

Después de que se descubrieran los ARN catalíticamente activos, la idea de la primacía del ARN en el origen de la vida recibió un fuerte impulso para el desarrollo y se formuló el concepto. mundo de ARN autosuficiente, anterior a la vida moderna [ , ]. Un posible esquema para el surgimiento del mundo del ARN se muestra en la fig. 6.

La síntesis abiogénica de ribonucleótidos y su asociación covalente en oligómeros y polímeros de tipo ARN podría ocurrir en aproximadamente las mismas condiciones y en el mismo entorno químico que se postuló para la formación de aminoácidos y polipéptidos. Recientemente A.B. Chetverin y otros (Instituto de Proteínas, Academia Rusa de Ciencias) demostraron experimentalmente que al menos algunos polirribonucleótidos (ARN) en un medio acuoso ordinario son capaces de recombinarse espontáneamente, es decir, el intercambio de segmentos de cadena, por transesterificación. El intercambio de segmentos de cadena corta por largos debería conducir a la elongación de los polirribonucleótidos (ARN), y tal recombinación en sí misma debería contribuir a la diversidad estructural de estas moléculas. Entre ellos también podrían surgir moléculas de ARN catalíticamente activas.

Incluso la aparición extremadamente rara de moléculas de ARN individuales que fueron capaces de catalizar la polimerización de ribonucleótidos o el empalme de oligonucleótidos en una cadena complementaria como en una plantilla [ , ] significó la formación del mecanismo de replicación del ARN. La replicación de los propios catalizadores de ARN (ribozimas) debería haber dado lugar a la aparición de poblaciones de ARN autorreplicantes. Al hacer copias de sí mismos, el ARN se multiplicó. Los errores inevitables en la copia (mutación) y la recombinación en las poblaciones de ARN autorreplicantes crearon una diversidad cada vez mayor de este mundo. Así, el supuesto mundo antiguo del ARN es "un mundo biológico autosuficiente en el que las moléculas de ARN funcionaban tanto como material genético como catalizadores similares a enzimas" .

El surgimiento de la biosíntesis de proteínas. Además, sobre la base del mundo del ARN, la formación de mecanismos de biosíntesis de proteínas, la aparición de varias proteínas con estructura y propiedades heredadas, la compartimentación de sistemas de biosíntesis de proteínas y conjuntos de proteínas, posiblemente en forma de coacervados, y la evolución de la último en estructuras celulares - deberían haber tenido lugar células vivas (ver Fig. 6).

El problema de la transición del antiguo mundo del ARN al moderno mundo de la síntesis de proteínas es el más difícil incluso para una solución puramente teórica. La posibilidad de síntesis abiogénica de polipéptidos y sustancias similares a proteínas no ayuda a resolver el problema, ya que no existe una forma específica en la que esta síntesis pueda asociarse con el ARN y caer bajo control genético. La síntesis genéticamente controlada de polipéptidos y proteínas tuvo que desarrollarse independientemente de la síntesis abiogénica primaria, a su manera, sobre la base del mundo ya existente del ARN. En la literatura se han propuesto varias hipótesis sobre el origen del mecanismo moderno de biosíntesis de proteínas en el mundo del ARN, pero, quizás, ninguna de ellas puede considerarse completamente pensada e impecable en términos de capacidades fisicoquímicas. Presentaré mi versión del proceso de evolución y especialización del ARN, que condujo al surgimiento del aparato de biosíntesis de proteínas (Fig. 7), pero no pretende ser completa.

El esquema hipotético propuesto contiene dos puntos esenciales que parecen ser fundamentales.

En primer lugar, se postula que los oligorribonucleótidos sintetizados abiogénicamente se recombinan activamente a través del mecanismo de transesterificación no enzimática espontánea, lo que conduce a la formación de cadenas de ARN alargadas y da lugar a su diversidad. Es así como podrían aparecer tanto tipos de RNA catalíticamente activos (ribozimas) como otros tipos de RNA con funciones especializadas en la población de oligonucleótidos y polinucleótidos (ver Fig. 7). Además, la recombinación no enzimática de la unión complementaria de oligonucleótidos a un molde polinucleotídico podría proporcionar el entrecruzamiento (empalme) de fragmentos complementarios a este molde en una sola cadena. Es de esta manera, y no por la polimerización catalizada de mononucleótidos, que podría llevarse a cabo la copia primaria (propagación) del ARN. Por supuesto, si aparecían ribozimas que poseían actividad polimerasa, entonces la eficiencia (precisión, velocidad y productividad) del copiado era complementaria. matriz debería haber aumentado significativamente.

Segundo El punto fundamental de mi versión es que el aparato primario para la biosíntesis de proteínas surgió sobre la base de varios tipos de ARN especializado antes del advenimiento del aparato para la replicación enzimática (polimerasa) del material genético - ARN y ADN. Este aparato primario incluía ARN proribosómico catalíticamente activo con actividad de peptidil transferasa; un conjunto de pro-ARNt que se unen específicamente a aminoácidos o péptidos cortos; otro ARN proribosómico capaz de interactuar simultáneamente con ARN proribosómico catalítico, pro-ARNm y pro-ARNt (ver Fig. 7). Tal sistema ya podría sintetizar cadenas polipeptídicas debido a la reacción de transpeptidación catalizada por él. Entre otras proteínas catalíticamente activas, enzimas primarias (enzimas), aparecieron proteínas que catalizan la polimerización de nucleótidos, replicasas o polimerasas NK.

Sin embargo, es posible que la hipótesis del mundo antiguo del ARN como predecesor del mundo vivo moderno nunca pueda obtener una justificación suficiente para superar la principal dificultad: una descripción científicamente plausible del mecanismo de transición del ARN y su replicación. a la biosíntesis de proteínas. Hay una hipótesis alternativa atractiva y bien pensada de A.D. Altshtein (Instituto de Biología Genética, Academia Rusa de Ciencias), que postula que la replicación del material genético y su traducción - síntesis de proteínas - surgieron y evolucionaron simultáneamente y conjugados, a partir de la interacción de oligonucleótidos sintetizados abiogénicamente y aminoacil-nucleotidilatos - anhídridos mixtos de aminoácidos y nucleótidos. Pero esa es la siguiente historia... "Y Scherezade atrapó la mañana, y detuvo el discurso permitido".)

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Spirin Alexander Sergeevich - Académico, Director del Instituto de Investigación de Proteínas de la Academia Rusa de Ciencias, miembro del Presidium de la Academia Rusa de Ciencias.

En primer lugar, algunas disposiciones generales.

Todo el programa de procesos químicos en el cuerpo se registra en el ADN, el depósito molecular de la información genética. Por lo general, el flujo de esta información se representa mediante el esquema: ADN ARN PROTEÍNA, que muestra el proceso de traducción del lenguaje genético de las secuencias de nucleótidos en secuencias de aminoácidos. El esquema ADN ARN denota la biosíntesis de moléculas de ARN, cuya secuencia de nucleótidos es complementaria a alguna sección (gen) de la molécula de ADN. Este proceso se conoce comúnmente como transcripción. Por lo tanto, se sintetizan tRNA, rRNA, mRNA. La designación RNA PROTEIN expresa la biosíntesis de cadenas polipeptídicas, cuya secuencia de aminoácidos está determinada por la secuencia de nucleótidos del mRNA con la participación de tRNA y rRNA. Este proceso se llama traducción. Ambos procesos tienen lugar con la participación de numerosas proteínas que realizan funciones catalíticas y no catalíticas.

biosíntesis de ARN.

Para la síntesis de todos los tipos de ARN (p, t, m), solo se usa un tipo de enzima: ARN dependiente de ADN - polimerasa, que incluye un ion de zinc estrechamente unido. Según el tipo de ARN que se sintetice, se aíslan la ARN polimerasa 1 (cataliza la síntesis de ARNr), la ARN polimerasa 2 (ARNm) y la ARN polimerasa 3 (ARNt). En las mitocondrias, se encontró otro tipo: ARN - polimerasa 4. Los pesos moleculares de todos los tipos de ARN polimerasas se encuentran en el rango de 500 000 a 600 000. Toda la síntesis se lleva a cabo de acuerdo con la información contenida en los genes de ADN correspondientes. De cualquier fuente que se aísle la enzima ARN polimerasa (de animales, plantas, bacterias), las siguientes características de funcionamiento in vivo son características de ella: 1) Se utilizan trifosfonucleósidos, y no di- y no monofosfonucleósidos. 2) Para una actividad óptima, se necesita un cofactor: un ion de magnesio. 3) La enzima usa solo una hebra de ADN como molde para la síntesis de una copia complementaria de ARN (razón por la cual la síntesis es matricial). La adición secuencial de nucleótidos ocurre de tal manera que la cadena crece desde el extremo 5` hasta el 3` (polimerización 5` - 3`):

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

5) Se puede utilizar una porción semilla de ARN para iniciar la síntesis:

trifosfato de nucleósido

(ARN)n residuos (ARN)n + 1 + PF

ARN - polimerasa

Al mismo tiempo, la polimerización puede proceder (más a menudo sucede) sin una semilla, usando solo un trifosfato de nucleósido en lugar de una porción de semilla (por regla general, es ATP o GTP).

6) Durante esta polimerización, la enzima copia solo una hebra de ADN y se mueve a lo largo de la plantilla en la dirección 3' - 5'. La elección de la cadena copiada no es casual.

7) La cadena de ADN plantilla contiene señales de inicio de síntesis de ARN para la enzima ubicadas en ciertas posiciones antes del inicio del gen, y señales de terminación de síntesis ubicadas después del final del gen o grupo de genes.

8) Para los procesos descritos anteriormente, puede ser necesario el ADN superenrollado, que ayuda a reconocer las señales de inicio y terminación de la síntesis y facilita la unión de la ARN polimerasa al molde.

La ARN polimerasa es una enzima oligomérica que consta de 5 subunidades: alfa, alfa`, beta, beta`, gamma. Ciertas subunidades corresponden a ciertas funciones: por ejemplo, la subunidad beta está involucrada en la formación de un enlace fosfodiéster, la subunidad gamma está involucrada en el reconocimiento de la señal de inicio.

La región del ADN responsable de la unión inicial de la ARN polimerasa se denomina promotor y contiene de 30 a 60 pares de bases nitrogenadas.

La síntesis de ARN bajo la acción de la ADN - ARN dependiente - polimerasa ocurre en 3 etapas: iniciación, elongación, terminación.

1) Iniciación: la subunidad gamma, que forma parte de la ARN polimerasa, contribuye no solo al "reconocimiento" de las secciones promotoras del ADN, sino que también se une directamente en la región de la secuencia TATA. Además del hecho de que la región TATA es una señal de reconocimiento, también puede tener la fuerza más baja de los enlaces de hidrógeno, lo que facilita el "desenrollamiento" de las hebras de ADN. Hay evidencia de que el cAMP también está involucrado en la estimulación de este proceso. La subunidad gamma de la ARN polimerasa también participa en la apertura de la doble hélice del ADN. En este caso, una de las cadenas de ADN sirve como molde para la síntesis de una nueva cadena de ARN. Y tan pronto como comienza esta síntesis, la subunidad gamma se separa de la enzima y, en el futuro, se une a otra molécula de enzima para participar en un nuevo ciclo de transcripción. El "desenrollamiento" del ADN ocurre cuando la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra codificante. Es necesario para la correcta formación de pares complementarios con nucleótidos insertados en la cadena de ARN. El tamaño de la sección de ADN sin torcer es constante durante todo el proceso y es de aproximadamente 17 pares de bases por molécula de ARN polimerasa. Una misma cadena codificante puede ser leída simultáneamente por varias moléculas de ARN polimerasa, pero el proceso está regulado de tal forma que en un momento dado cada molécula de ARN polimerasa transcribe diferentes secciones de ADN. Al mismo tiempo, la ARN polimerasa 3 dependiente de ADN, que sintetiza el ARNt, se caracteriza por el "reconocimiento" del promotor interno.

2) La elongación, o continuación de la síntesis, la lleva a cabo la ARN polimerasa, pero ya en forma de tetrámero, porque La subunidad gamma ya se ha escindido. La nueva hebra crece mediante la adición secuencial de ribonucleótidos al grupo 3'-hidroxi libre. La tasa de síntesis de, por ejemplo, ARNm de albúmina sérica es de hasta 100 nucleótidos por segundo. A diferencia de la ADN polimerasa (que discutiremos más adelante), la ARN polimerasa no verifica la corrección de la cadena de polinucleótidos recién formada. La tasa de error en la síntesis de ARN es de 1:1.000.000.

3) Terminación: aquí está involucrado el factor proteico r (ro). No es parte de la ARN polimerasa. Probablemente reconoce la secuencia terminadora de nucleótidos en la plantilla por uno de los mecanismos de interacción entre la subunidad gamma y el promotor. El terminador también contiene alrededor de 30 a 60 pares de bases y termina con una serie de pares AT, aunque para algunos ARN se ha observado que las señales de terminación están separadas entre 1000 y 2000 bases del gen codificante. Es posible que una de las partículas de polimerasa también esté involucrada en el reconocimiento de la secuencia terminadora. En este caso, la síntesis de ARN se detiene y la molécula de ARN sintetizada abandona la enzima. La mayoría de las moléculas de ARN sintetizadas de esta forma no son biológicamente activas. Más bien, son precursores que deben convertirse en formas maduras a través de diversas reacciones. Esto se llama procesamiento. Tales reacciones son: (1) Fragmentación de precursores de cadena larga (además, se pueden formar de 1 a 3 tRNA a partir de una transcripción). (2) Unión de nucleótidos a los extremos. (3) Modificación específica de nucleótidos (metilación, sulfonación, desaminación, etc.).

El procesamiento de ARNm tiene otra característica. Resultó que a veces la información que codifica la AK, una secuencia en los genes, se ve interrumpida por secuencias no codificantes, es decir, "genes desgarrados". Pero durante la transcripción, se copia todo el gen "roto". En este caso, durante el procesamiento de las endonucleasas, llamadas enzimas de restricción, se eliminan las regiones no codificantes (intrones). Actualmente, se han aislado más de 200. Las enzimas de restricción rompen enlaces (según el tipo de enzima) entre nucleótidos estrictamente definidos (por ejemplo, G - A, T - A, etc.). Luego, las ligasas entrecruzan las regiones codificantes (exones). La mayoría de las secuencias cuyas transcripciones están presentes en los ARNm maduros se rompen en el genoma de una a 50 veces por regiones no codificantes (intrones). Generalmente, los intrones son mucho más largos que los exones. Las funciones de los intrones no se han establecido con precisión. Tal vez sirvan para separar físicamente los exones con el fin de optimizar los reordenamientos genéticos (recombinaciones). También hay síntesis de ARN sin plantilla. Este proceso es catalizado por la enzima polinucleótido fosforilasa: nuklDF + (nuklMF) n (nuklMF) n + 1 + Fk. Esta enzima no requiere una plantilla y no sintetiza un polímero con una secuencia de polinucleótidos específica. Necesita la cadena de ARN solo como semilla. Varios antibióticos (alrededor de 30) tienen un efecto inhibidor sobre el proceso de síntesis de ARN. Aquí hay dos mecanismos: (1) unión a la ARN polimerasa, que conduce a la inactivación de la enzima (por ejemplo, la rifamicina se une a la unidad b). (2) Los antibióticos pueden unirse a la plantilla de ADN y bloquear la unión de la enzima a la plantilla o el movimiento de la ARN polimerasa a lo largo del ADN (por ejemplo, actinomicina D).

biosíntesis de ADN.

La información genética contenida en el ADN de un cromosoma puede transferirse por replicación exacta o por recombinación, transposición y conversión:

1) Recombinación Dos cromosomas homólogos intercambian material genético.

2) Transposición: la capacidad de mover genes a lo largo de un cromosoma o entre cromosomas. Puede desempeñar un papel importante en la diferenciación celular.

3) Conversión: las secuencias idénticas de cromosomas pueden formar pares aleatorios y las secciones que no coinciden se eliminan.

4) Replicación (este es el principal tipo de síntesis de ADN), es decir, la reproducción de "su propia especie".

El principal significado funcional de la replicación es el suministro de información genética a la descendencia. La principal enzima que cataliza la síntesis de ADN es la ADN polimerasa. Se han aislado varios tipos de ADN polimerasa: 1) alfa - (aislado del núcleo) - esta es la principal enzima asociada con la replicación cromosómica. 2) beta - (también localizado en el núcleo) - aparentemente, están involucrados en procesos de reparación y recombinación. 3) gamma - (localizado en las mitocondrias) - probablemente involucrado en la replicación del ADN mitocondrial. Las siguientes condiciones son necesarias para que la ADN polimerasa funcione: 1) los 4 desoxirribonucleótidos (dATP, dGTP, dCTP y TTP) deben estar presentes en el medio; 2) para una actividad óptima, se necesita un cofactor: iones de manganeso; 3) es necesaria la presencia de ADN de doble cadena copiado; 4) los nucleótidos se unen en la dirección 5' - 3' (5' - 3' - polimerización); 5) la replicación comienza en un área estrictamente definida y procede simultáneamente en ambas direcciones aproximadamente a la misma velocidad; 6) para iniciar la síntesis, se puede usar un fragmento de ADN o un fragmento de ARN como porción semilla, en contraste con la síntesis de ARN, donde es posible la síntesis a partir de nucleótidos individuales; 7) la replicación requiere una molécula de ADN superenrollada. Pero, si como dijimos anteriormente, la transcripción (es decir, la síntesis de ARN) requiere ARN polimerasa (con una subunidad gamma para el reconocimiento y unión al promotor) y una proteína de reconocimiento de señal de terminación (factor r), durante la replicación del ADN, la acción de La ADN polimerasa complementa varias (alrededor de 10) proteínas, algunas de las cuales son enzimas. Estas proteínas adicionales contribuyen a:

1) reconocimiento del origen de la replicación por la ADN polimerasa.

2) Desenrollado local del dúplex de ADN, que libera cadenas sencillas para la copia de plantilla.

3) Estabilización de la estructura fundida (destorcido).

4) Formación de cadenas de semillas para iniciar la acción de la ADN polimerasa.

5) Participa en la formación y promoción de la horquilla de replicación.

6) Promueve el reconocimiento de los sitios de terminación.

7) Promueve el superenrollamiento del ADN.

Hemos especificado todas las condiciones necesarias para la replicación del ADN. Y así, como ya se mencionó, la replicación del ADN comienza en un lugar estrictamente definido. El desenrollado del ADN parental requiere energía liberada por la hidrólisis de ATP. Se utilizan dos moléculas de ATP para separar cada par de OA. La síntesis de nuevo ADN está asociada con el desenrollado simultáneo del ADN parental. El sitio donde se produce tanto el desenrollado como la síntesis se denomina "horquilla de replicación":

ADN de los padres

ADN recién sintetizado

La replicación del ADN ocurre de tal manera que cada hebra del ADN original de 2 hebras es una plantilla para la síntesis de una nueva hebra complementaria, y dos hebras (la original y la recién sintetizada) se combinan para formar las próximas generaciones de ADN. Este mecanismo se llama replicación semiconservativa. La replicación del ADN tiene lugar simultáneamente en 2 hebras y procede, como ya se mencionó, en la dirección 5' - 3'. Pero las cadenas de ADN parental están en diferentes direcciones. Sin embargo, no existe una enzima que conduzca la síntesis de ADN en la dirección 3' - 5'. Por lo tanto, una hebra que copia la hebra madre con una direccionalidad 5`-3` se sintetizará de forma continua (se denomina "principal"), la segunda hebra también se sintetizará en la dirección 5`-3`, pero en fragmentos de 150 -200 nucleótidos, que posteriormente se fusionan. Esta cadena se llama "rezagada".

Para comenzar la síntesis de nuevo ADN, se necesita una semilla. Ya hemos dicho que la semilla puede ser un fragmento de ADN o ARN. Si el ARN sirve como semilla, entonces esta es una cadena muy corta, contiene alrededor de 10 nucleótidos y se llama cebador. Sintetiza un cebador complementario a una de las cadenas de ADN, una enzima especial, la primasa. La señal para la activación de la primasa es la formación de un complejo intermedio de cebado previo que consta de 5 proteínas. El grupo 3'-terminal (grupo hidroxilo del ribonucleótido terminal del cebador) sirve como semilla para la síntesis de ADN bajo la acción de la ADN polimerasa. Después de la síntesis de ADN, el componente de ARN (cebador) es hidrolizado por la ADN polimerasa.

El trabajo de las ADN polimerasas está dirigido por la matriz, es decir, la composición de nucleótidos del ADN recién sintetizado depende de la naturaleza de la matriz. A su vez, la ADN polimerasa siempre elimina los residuos no complementarios al final del cebador antes de continuar con la polimerización. Por tanto, la replicación del ADN procede con gran precisión, ya que el apareamiento de bases se comprueba dos veces. Las polimerasas de ADN pueden construir las cadenas de ADN recién sintetizado, pero no pueden catalizar la conexión de 2 cadenas de ADN o cerrar una cadena (durante la formación de ADN circular). Estas funciones las realiza la ADN ligasa, que cataliza la formación de un enlace fosfodiéster entre 2 cadenas de ADN. Esta enzima es activa en presencia de un grupo OH libre en el extremo 3` de una hebra de ADN y un grupo fosfato en el extremo 5` de otra hebra de ADN. El entrecruzamiento de las cadenas se produce debido a la energía del ATP. Dado que muchos agentes químicos y físicos (radiaciones ionizantes, radiación UV, diversos productos químicos) provocan daños en el ADN (los AO se modifican o se pierden, los enlaces fosfodiéster se rompen, etc.), todas las células tienen mecanismos para corregir estos daños. El ADN de restricción encuentra estos daños y corta el área dañada, la ADN polimerasa realiza la síntesis de reparación (restauración) de las áreas dañadas en la dirección 5' - 3'. El sitio reparado se liga al resto de la cadena mediante la ADN ligasa. Este método de reparación de áreas alteradas o dañadas se denomina reparación. La lista de inhibidores de la replicación del ADN es larga y variada. Algunos se unen a la ADN polimerasa, inactivándolo, otros se unen e inactivan un determinado bloque auxiliar, otros se introducen en la matriz del ADN, interrumpiendo su capacidad de copia, y otros actúan como inhibidores competitivos, lo que representa un análogo de los trifosfatos de nucleótidos normales. Dichos inhibidores son algunos antibióticos, mutágenos, venenos químicos, agentes antivirales, etc.

Biosíntesis de proteínas (traducción de genes).

El ensamblaje de una cadena polipeptídica a partir de sus AA constituyentes es un proceso asombroso y muy complejo que se puede imaginar que tiene lugar en 4 etapas, a saber:

1) activación y selección de AK (etapa dependiente de ATP);

2) inicio de la síntesis de la cadena polipeptídica (etapa dependiente de GTP);

3) elongación de la cadena polipeptídica (etapa dependiente de GTP);

4) terminación de la síntesis de la cadena polipeptídica.

(1) – activación y selección de AA. En todos los tipos de células, la primera etapa de la traducción es la transformación dependiente de ATP de cada AA en un complejo: aminoacil-tRNA. Esto logra dos objetivos:

1) la reactividad de AA aumenta en términos de la formación de un enlace peptídico.

2) AA se une a un tRNA específico (es decir, se produce la selección). La reacción va en 2 etapas + Mg++

1) AA + ATP aminoacilo - AMP + PF

aminoacil-tRNA sintetasa

2) aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA

aminoacil-tRNA sintetasa

La aminoacil-tRNA sintetasa cataliza la adición de un aminoacilo (residuo de aminoácido) al grupo hidroxilo 3` de la adenosina terminal. Recordemos la estructura del tRNA:

Este brazo es necesario, este brazo está involucrado en la unión de aminoacyl-

Para el reconocimiento de tRNA tRNA con el ribosoma en el sitio de síntesis de proteínas.

Aminoacil-tRNA-

petidasa

anticodón

Además de la actividad catalítica, la aminoacil-tRNA sintetasa tiene una especificidad muy alta, "reconociendo" tanto los aminoácidos como sus correspondientes tRNA. Se supone que las células contienen 20 sintetasas, una para cada AA, mientras que el ARNt es mucho más grande (al menos 31-32), ya que muchos AA pueden combinarse con dos o incluso tres moléculas de ARNt diferentes.

(2) La iniciación es el segundo paso en la síntesis de proteínas.

Para iniciar la traducción, es necesario el reconocimiento exacto del primer codón, ubicado inmediatamente después de la secuencia de ARNm no traducida. El codón iniciador es AUG y el iniciador es metionina-tRNA

ARNm no traducido traducido no traducido

secuencia secuencia secuencia

1er codón.

El reconocimiento se produce con la ayuda del anticodón de ARNt. La lectura ocurre en la dirección 5` - 3`. Este reconocimiento requiere una interacción ordenada que consume energía (GTP) con los ribosomas disociados. Este proceso ocurre con la participación de proteínas adicionales, que se denominan factores de iniciación (FI), hay 8. Las subunidades de ribosomas 40S y 60S están involucradas en el proceso. Consideremos el mecanismo detallado de iniciación.

1) 40S: la subunidad de ARNr se une a la región de ARNm que precede al primer codón. FI-3 participa en esto.

2) El primer aminoacil-tRNA involucrado en la traducción del primer codón interactúa con GMP y FI-2. Este complejo resultante, en presencia de PI-1, une el ARNt al primer codón de la plantilla y forma un complejo de iniciación con la subunidad 40S del ribosoma.

3) Después de la liberación de todos los factores de iniciación (FI-1,2,3), la subunidad 60S del ribosoma se une a GTP y GTP se hidroliza. Esto completa la formación de una partícula 80S completa del ribosoma. así, se forma un complejo de iniciación completo: ribosoma - ARNm - ARNt.

Un ribosoma completamente ensamblado contiene 2 sitios funcionales para la interacción con las moléculas de ARNt. Sitio peptidilo (sitio P): contiene una cadena polipeptídica en crecimiento como parte del peptidil-ARNt en complejo con el último codón de ARNm protraducido. El sitio de aminoacilo (sitio A) contiene un aminoacil-tRNA conectado al codón correspondiente, el aminoacil-tRNA ingresa al sitio P emergente, dejando el sitio A libre para el siguiente aminoacil-tRNA.

Esquemáticamente, podemos representar todo este proceso de la siguiente manera:

1) La subunidad 40S del ribosoma, con la participación de PI-3, se une a la secuencia de ARNm no traducible inmediatamente antes del primer codón.

2) aminoacil-tRNA, se une a GTP y PI-2 y, con la participación de PI-1, se une al primer codón, mientras forma un complejo de iniciación con la subunidad 40S.

3) hay una versión de FI-1,2,3.

4) La subunidad 60S interactúa con GTP y luego se une al complejo iniciador. Se forma un ribosoma 80S completo, que tiene un sitio P y un sitio A.

5) después de la formación del complejo de iniciación con el primer codón, el aminoacil-tRNA ingresa al sitio P emergente, dejando el sitio A libre.

(3) Elongación - continuación de la síntesis. En esta etapa, la cadena peptídica se alarga. En el ribosoma 80S completamente formado en la etapa de iniciación, el sitio A está libre. De hecho, en el proceso de elongación, se repite constantemente un ciclo de 3 etapas:

1) La ubicación correcta del siguiente aminoacil-tRNA.

2) formación de un enlace peptídico.

3) movimiento del peptidil-tRNA recién formado desde el sitio A al sitio P.

(1) La unión del (siguiente) aminoacil-tRNA correspondiente en el sitio A requiere un reconocimiento preciso del codón. Esto sucede con la ayuda del anticodón tRNA. La unión de aminoacil-tRNA al ribosoma ocurre debido a la formación de un complejo que consiste en aminoacil-tRNA, GTP y factores de elongación de proteínas (PE), también hay varios de ellos. Esto libera el complejo PE-GDP y fosfato. Este complejo (PE-GDP) luego (con la participación de GTP y otros factores proteicos) se convierte nuevamente en PE-GTP.

(2) - el grupo alfa amino del nuevo aminoacil-tRNA en el sitio A lleva a cabo un ataque nucleofílico del grupo carboxilo esterificado del peptidil-tRNA que ocupa el sitio P. Esta reacción es catalizada por la peptidil transferasa, un componente proteico que forma parte de la subunidad 60S del ribosoma. dado que AA un aminoacil-tRNA ya está activado, esta reacción (la reacción de formación de enlaces peptídicos) no requiere energía adicional. Como resultado de la reacción, la cadena polipeptídica en crecimiento se une al ARNt ubicado en el sitio A.

(3) – después de eliminar el residuo peptílico del ARNt a los sitios P, la molécula de ARN libre abandona el sitio P. El complejo FE-2-GTP participa en el movimiento del peptidil-tRNA recién formado desde el sitio A al sitio P, liberando el sitio A para un nuevo ciclo de elongación. La totalidad de la separación del tRNA desacilado, el movimiento del peptidil-tRNA recién formado desde el sitio A al sitio P, así como el movimiento del mRNA en relación con el ribosoma, se denomina translocación. Dado que la energía obtenida durante la hidrólisis de ATP a AMP se gastó en la formación de aminoacil-tRNA, y esto es equivalente a la energía de hidrólisis de 2ATP a 2ADP; la adición de aminoacil-tRNA al sitio A requirió la energía obtenida de la hidrólisis de GTP a GDP, y se gastó una molécula de GTP más en la translocación. Podemos calcular que la formación de un enlace peptídico requiere energía obtenida de la hidrólisis de 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de GTP.

La tasa de crecimiento de la cadena polipeptídica (es decir, la tasa de elongación) in vivo se estima en 10 residuos de aminoácidos por segundo. Estos procesos son inhibidos por varios antibióticos. Por ejemplo, la puromicina bloquea la translocación al unirse a

R-trama. La estreptomicina se une a las proteínas ribosómicas e interrumpe el reconocimiento de codones por el anticodón. La cloromicitina se une al sitio A, bloqueando la elongación. Esquemáticamente, esto se puede representar de la siguiente manera: 1) el siguiente aminoacil-tRNA, debido al reconocimiento con la ayuda de un anticodón, se fija en el sitio A. El apego ocurre en complejo con GTP y FE-1. en este caso, se liberan GDP - FE - 1 y Fk, que luego vuelve a convertirse en GTP - FE-1 y participa en nuevos ciclos. 2) Se forma un enlace peptídico entre el aminoacil-tRNA adjunto y el péptido ubicado en el sitio P. 3) Cuando se forma este enlace peptídico, el ARNt se separa del péptido y abandona el sitio P. 4) El peptidil-tRNA recién formado con la ayuda del complejo GTP-PE2 se mueve del sitio A al P, y el complejo GTP-PE2 se hidroliza a GDP-PE-2 y FA. 5) Como resultado de este movimiento, el sitio A se libera para la unión de un nuevo aminoacil-tRNA.

(4) La terminación es la etapa final de la síntesis de proteínas. Después de muchos ciclos de elongación, como resultado de lo cual se sintetiza la cadena polipeptídica de la proteína, en

Aparece un codón de terminación o sin sentido en el sitio A. Normalmente, no hay ARNt que puedan reconocer el codón sin sentido. Son reconocidos por proteínas específicas: factores de terminación (factores R). Reconocen específicamente el codón sin sentido, se unen al ribosoma cerca del sitio A y bloquean la unión del siguiente aminoacil-tRNA. Los factores R con la participación de GTP y peptidiltransferasa proporcionan la hidrólisis del enlace entre el polipéptido y la molécula de ARNt que ocupa el sitio P. Después de la hidrólisis y la liberación del polipéptido y el ARNt, el ribosoma 80S se disocia en subunidades 40S y 60S, que luego pueden reutilizarse en la traducción de nuevos ARNm.

Hemos considerado el crecimiento de una sola cadena de proteína en un solo ribosoma unido a una sola molécula de ARNm. En realidad, el proceso procede de manera más eficiente, ya que el ARNm generalmente se traduce simultáneamente no en un ribosoma, sino en complejos de ribosomas (polisomas) y cada etapa de la traducción (iniciación, elongación, terminación) se lleva a cabo por cada ribosoma en este polisoma, en este complejo ribosómico, es decir, es posible sintetizar varias copias del polipéptido antes de que se escinda el ARNm.

Los tamaños de los complejos polisómicos varían mucho y generalmente están determinados por el tamaño de la molécula de ARNm. Las moléculas de ARNm muy grandes pueden formar complejos con 50-100 ribosomas. Sin embargo, más a menudo, el complejo contiene de 3 a 20 ribosomas.

En células animales y humanas, muchas proteínas se sintetizan a partir de ARNm en forma de moléculas precursoras, que luego deben modificarse para formar moléculas activas, por analogía con la síntesis de NA. Dependiendo de la proteína, pueden ocurrir una o más de las siguientes modificaciones.

1) La formación de un enlace disulfuro.

2) Adhesión de cofactores y coenzimas.

3) Fijación de grupos protésicos.

4) Proteólisis parcial (proinsulina - insulina).

5) Formación de oligómeros.

6) Modificación química (acilación, aminación, metilación, fosforilación, carboxilación, etc.): se conocen más de 150 modificaciones químicas de AA en la molécula de proteína.

Todas estas modificaciones conducen a cambios en la estructura y actividad de las proteínas.

Codigo genetico.

El hecho de que la transferencia de información genética del ADN ocurra con la ayuda de una molécula de ARNm fue sugerido por primera vez en 1961 por F. Jacob y J. Monod. Trabajos posteriores (M. Nirenberg, H. G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg: estudió la síntesis de polipéptidos y la unión de aminoacil-tRNA a los ribosomas.

H.G. Koran - desarrolló un método para la síntesis química de poli y oligonucleótidos.

R. W. Holii: descifró la estructura del ADN con un sitio anticodón.

1) Confirmó la hipótesis sobre la participación del mRNA

2) Mostraron la naturaleza de triplete del código, según el cual cada AK está programada en ARNm por 3 bases, llamadas codón.

3) Se estableció que el código de ARNm es leído por reconocimiento de codones complementarios por el triplete anticodón de ARNt.

4) Estableció una correspondencia entre AK y la mayoría de los 64 codones posibles. Actualmente se sabe que 61 codones codifican para AK y 3 son señales de terminación (codón sin sentido).

Se creía que el código genético es universal, es decir, para todos los organismos y todos los tipos de células, se utilizan los mismos valores para todos los codones. Sin embargo, estudios recientes del ADN mitocondrial han demostrado que el sistema genético de las mitocondrias es significativamente diferente del sistema genético de otras formaciones (núcleo, cloroplastos), es decir, algunos codones leen el ARNt de las mitocondrias de manera diferente al ARNt de otras formaciones. Como resultado, solo se necesitan 22 tipos de ARNt para las mitocondrias. Mientras que 31-32 tipos de tRNA se utilizan para la síntesis de proteínas en el citoplasma, es decir, todo el conjunto de tRNA.

18 de 20 AK están codificadas por más de un codón (2, 3, 4, 6); esta propiedad se denomina "degeneración" del código y es importante para el organismo. Debido a la degeneración, algunos errores en la replicación o transcripción no causan distorsión de la información genética. El código genético no se superpone y no tiene signos de puntuación, es decir, la lectura transcurre sin interrupciones, secuencialmente, hasta llegar a un codón sin sentido. Al mismo tiempo, se observó una propiedad completamente diferente para los virus: los codones pueden "superponerse":

1) Si el reemplazo cae en el tercer nucleótido del codón, entonces, debido a la "degeneración" del código, existe la posibilidad de que la secuencia AK permanezca sin cambios y la mutación no se manifieste.

2) Puede haber un efecto de sentido erróneo cuando un AK es reemplazado por otro; esta sustitución puede ser aceptable, parcialmente aceptable o inaceptable, es decir, la función de la proteína se ve afectada, deteriorada o completamente perdida.

3) Como resultado de mutaciones, se puede formar un codón sin sentido. La formación de un codón sin sentido (codón terminador) puede conducir a la terminación prematura de la síntesis de proteínas.

Resumiendo lo dicho:

1) Genéticamente, el código (“lenguaje de la vida”) consiste en una secuencia de codones que, de hecho, forma un gen.

2) El código genético es triplete, es decir, cada codón consta de tres nucleótidos, es decir, cada codón codifica 1 AK. Al mismo tiempo, se pueden formar 64 combinaciones a partir de 4 tipos de nucleótidos de ADN, lo que es más que suficiente para 20 AA.

3) El código es "degenerado", es decir, un AK puede codificarse con 2, 3, 4, 6 codones.

4) El código no es ambiguo, es decir, un codón codifica solo un AK.

5) El código no se superpone, entonces no hay nucleótidos incluidos en dos codones adyacentes.

6) Código "sin comas", es decir, no hay nucleótidos entre dos codones adyacentes.

8) La secuencia de AK en el polipéptido corresponde a la secuencia de codones en el gen; esta propiedad se denomina colinealidad.

Información similar.

Todos los seres vivos dependen de tres moléculas básicas para esencialmente todas sus funciones biológicas. Estas moléculas son el ADN, el ARN y las proteínas. Dos hebras de ADN giran en direcciones opuestas y están ubicadas una al lado de la otra (antiparalelas). Esta es una secuencia de cuatro bases nitrogenadas dirigidas a lo largo de la columna vertebral que codifica la información biológica. Según el código genético, las cadenas de ARN se convierten para determinar la secuencia de aminoácidos en las proteínas. Estas hebras de ARN se fabrican originalmente usando hebras de ADN como plantilla, un proceso llamado transcripción.

Sin ADN, ARN y proteínas, no existiría vida biológica en la Tierra. El ADN es una molécula inteligente que codifica el conjunto completo de instrucciones genéticas (el genoma) necesarias para ensamblar, mantener y reproducir cada ser vivo. El ARN desempeña múltiples funciones vitales en la codificación, decodificación, regulación y expresión de la genética. El deber principal del ARN es producir proteínas de acuerdo con los conjuntos de instrucciones codificados en el ADN de la célula.

El ADN está formado por un azúcar, una base nitrogenada y un grupo fosfato. El ARN es el mismo.

En el ADN, la base nitrogenada está formada por ácidos nucleicos: citosina (C), guanina (G), adenina (A) y timina (T). Metafísicamente, cada uno de estos ácidos nucleicos está asociado a las sustancias elementales del planeta: Aire, Agua, Fuego y Tierra. Cuando contaminamos estos cuatro elementos en la Tierra, contaminamos el ácido nucleico correspondiente en nuestro ADN.

Sin embargo, en el ARN, la base nitrogenada consta de ácidos nucleicos: citosina (C), guanina (G), adenina (A) y uracilo (U). Además, cada uno de los ácidos nucleicos del ARN está asociado a las sustancias elementales del planeta: Aire, Agua, Fuego y Tierra. Tanto en el ADN como en el ARN, el ADN mitocondrial corresponde al quinto elemento básico Éter cósmico, saliente t solo de madre. Este es un ejemplo de alotropía, que es la propiedad de un pequeño número de elementos químicos de estar en dos o más formas distintas, conocidas como alótropos de esos elementos. Los alótropos son varias modificaciones estructurales de un elemento. Nuestro ADN es un alótropo de los cuatro elementos planetarios básicos.

La principal función biológica de las bases nitrogenadas del ADN es unir ácidos nucleicos. La adenina siempre se combina con la timina y la guanina siempre se combina con la citosina. Se conocen como bases apareadas. El uracilo está presente solo en el ARN, reemplazando a la timina y combinándose con la adenina.

Tanto el ARN como el ADN utilizan el emparejamiento de bases (masculino + femenino) como un lenguaje adicional que puede convertirse en cualquier dirección entre el ADN y el ARN mediante la acción de las enzimas apropiadas. Este lenguaje masculino-femenino o estructura de emparejamiento de bases proporciona una copia de respaldo de toda la información genética codificada dentro del ADN de doble cadena.

Base gemela inversa

Todo el ADN y el ARN funcionan según el principio de género del emparejamiento de bases, creando un enlace de hidrógeno. Las bases emparejadas deben unirse en secuencia, lo que permite que el ADN y el ARN interactúen (de acuerdo con el modelo original de nuestras 12 hebras de ADN, el cuerpo del sol de diamante) y también permite que el ARN produzca proteínas funcionales que construyan los enlaces que sintetizan y reparan el ADN doble. hélice. El ADN humano ha sido dañado por la mutación de pares de bases y la alteración de pares de edición de secuencias o insertos por parte de organismos modificados como un virus. La intervención en las bases emparejadas se refiere a la tecnología de la división de género de la red inversa de Nephilim (NRG), que influye en todo el lenguaje masculino y femenino y sus relaciones. Las copias de ADN se crean uniendo subunidades de ácido nucleico con un par de bases macho-hembra en cada hebra de la molécula de ADN original. Tal conexión siempre ocurre en ciertas combinaciones. La alteración del compuesto básico de ADN, así como muchos niveles de modificación genética y control genético, contribuyen a la supresión de la síntesis de ADN. Esta es una supresión deliberada de la activación de las 12 hebras de ADN del modelo original, la Matriz de Silicio, ensambladas y construidas por proteínas. Esta supresión genética se ha llevado a cabo agresivamente desde el cataclismo de la Atlántida. Está directamente relacionado con la supresión de la unión de la hierogamia, que se logra mediante la correcta conexión de las bases del ADN, con las cuales es posible crear y ensamblar proteínas para restaurar las escrituras de fuego del ADN.

Edición de ARN con aspartamo

Un ejemplo de modificación genética y experimentación con la población es el uso de aspartamo*. El aspartamo se sintetiza químicamente a partir del aspartato, lo que altera la función del enlace uracilo-timina en el ADN y también reduce las funciones de la síntesis de la proteína ARN y la comunicación entre el ARN y el ADN. La edición de ARN mediante la adición o eliminación de uracilo y timina recodificó las mitocondrias de la célula, en las que el daño mitocondrial contribuyó a la enfermedad neurológica. La timina es un poderoso protector de la integridad del ADN. Además, la reducción de uracilo produce el sustrato aspartato, dióxido de carbono y amoníaco.

Interferencia con el ciclo del nitrógeno

Como resultado de la Revolución Industrial, el despliegue del complejo militar a través de los contactos de la NEA, el ciclo general del nitrógeno se ha alterado significativamente durante el último siglo. Si bien el nitrógeno es esencial para toda la vida conocida en la Tierra, ha habido guerras de combustibles fósiles forzadas deliberadamente por la NAA, contaminando la Tierra y dañando el ADN. El nitrógeno es un componente de todos los aminoácidos que forman las proteínas y está presente en las bases que forman los ácidos nucleicos del ARN y el ADN. Sin embargo, al librar guerras por los combustibles fósiles, forzando el uso de motores de combustión interna, la creación de fertilizantes químicos y la contaminación del medio ambiente por parte de los vehículos y las industrias, las personas han contribuido a la toxicidad grave del nitrógeno en formas biológicas. Óxido nítrico, dióxido de carbono, metano, amoníaco: todo esto crea un gas de efecto invernadero que envenena la Tierra, el agua potable y los océanos. Esta contaminación causa daño y mutación en el ADN.

Cambio Elemental del Cuerpo del Dolor

Así, muchos de nosotros hemos experimentado cambios elementales en nuestra sangre, partes del cuerpo (especialmente en la superficie de la piel que responde a los cambios en la sangre) y cambios profundos en nuestras células y tejidos. La revitalización de la materia producto de los cambios magnéticos penetra también en los niveles de nuestro cuerpo emocional-elemental, afectando significativamente las reacciones celulares y la memoria almacenada en el Cuerpo Instintivo (Cuerpo del Dolor).

Este nuevo ciclo nos obliga a cada uno de nosotros a prestar atención a nuestro cuerpo instintivo, nuestro cuerpo emocional-elemental del dolor y lo que le está sucediendo. La relación de las fuerzas solares y lunares y su efecto combinado sobre las polaridades de las fuerzas del cuerpo planetario se ajustan a este efecto sobre el campo magnético.

Desafortunadamente, la falta de comprensión de los principios superiores de la Ley Natural da como resultado un gran caos y sufrimiento para aquellos que persisten en entregarse a la destrucción, la división y la violencia, independientemente de los métodos utilizados.

Sin embargo, el éxodo masivo de fuerzas lunares, seres de la cadena lunar, Ángeles Caídos de nuestro planeta y sistema solar continúa en este momento. A medida que el sistema solar está en cuarentena, aquellos que son Ascendidos (o puros de corazón) experimentarán un realineamiento profundo de sus centros de energía sagrada de influencias lunares a solares. Esta bifurcación de fuerzas solares y lunares continúa cambiando no sólo en el cuerpo emocional-elemental, sino también en el centro sacro y en todos los órganos reproductivos. Trae ajustes o percepciones a muchos de los problemas asociados con el sufrimiento sexual que han sido programados en base a las historias ocultas asociadas con las entidades de la cadena lunar. Los conjuntos de comandos magnéticos de la Madre y las mitocondrias también restauran la Feminidad Solar para sus hijos terrenales.

síntesis de ADN

Entendiendo que nuestro cuerpo emocional-elemental se mueve de átomos basados ​​en carbono a elementos basados ​​en elementos superiores a través de la activación de alta frecuencia y cambios magnéticos planetarios, podemos conectar los puntos en el desarrollo espiritual de nuestros propios cuerpos asociados con procesos alquímicos personales. En la restauración del cuerpo sofiánico, la transformación alquímica de la evolución de nuestra conciencia se fusiona con la comprensión científica de la síntesis del ADN. La síntesis de ADN es tan importante como la activación del ADN, que juega un papel importante y directo en la ascensión espiritual. La Madre recupera el registro del ADN mitocondrial a través de la inversión de las corrientes magnéticas, restaurando el modelo de nuestra sangre, cerebro y sistema nervioso para un funcionamiento superior con nuestro verdadero ADN original.

*PERO spartam es un químico modificado genéticamente distribuido y comercializado como un suplemento dietético

Traducción: Oreanda Web