Mida nimetatakse valkude sünteesiks? Valkude biosüntees: lühike ja arusaadav. Valkude biosüntees elusrakus. Valgu struktuurne korraldus

01.11.2019

Esiteks määrake valgu biosünteesi etappide järjestus, alustades transkriptsioonist. Kogu valgumolekulide sünteesi käigus toimuvate protsesside jada saab ühendada kaheks etapiks:

Transkriptsioon.
Saade.

Päriliku teabe struktuuriüksused on geenid - DNA molekuli lõigud, mis kodeerivad konkreetse valgu sünteesi. Keemilise korralduse poolest ei ole pro- ja eukarüootide pärilikkuse ja varieeruvuse materjal põhimõtteliselt erinev. Nendes leiduv geneetiline materjal on esitatud DNA molekulis, levinud on ka päriliku teabe ja geneetilise koodi salvestamise põhimõte. Samad aminohapped pro- ja eukarüootides on krüpteeritud samade koodonitega.

Kaasaegsete prokarüootsete rakkude genoomi iseloomustab suhteliselt väike suurus, Escherichia coli DNA on umbes 1 mm pikkuse ringikujuline. See sisaldab 4 x 10 6 aluspaari, moodustades umbes 4000 geeni. 1961. aastal avastasid F. Jacob ja J. Monod prokarüootsete geenide tsistroonilise ehk pideva organiseerituse, mis koosnevad täielikult kodeerivatest nukleotiidjärjestustest ja need realiseeruvad täielikult valgusünteesi käigus. Prokarüootide DNA molekuli pärilik materjal asub otse raku tsütoplasmas, kus paikneb ka tRNA ja geeniekspressiooniks vajalikud ensüümid Ekspressioon on geenide funktsionaalne aktiivsus ehk geeniekspressioon. Seetõttu on DNA-ga sünteesitud mRNA võimeline koheselt toimima matriitsina valgusünteesi translatsiooni protsessis.

Eukarüootne genoom sisaldab palju rohkem pärilikkust. Inimesel on diploidses kromosoomikomplektis DNA kogupikkus umbes 174 cm, see sisaldab 3 x 10 9 aluspaari ja sisaldab kuni 100 000 geeni. 1977. aastal avastati enamiku eukarüootsete geenide struktuuris katkestus, mida nimetati "mosaiikgeeniks". Sellel on kodeerivad nukleotiidjärjestused eksooniline ja intron krundid. Valkude sünteesiks kasutatakse ainult eksoniteavet. Intronite arv on erinevates geenides erinev. On kindlaks tehtud, et kana ovalbumiini geen sisaldab 7 intronit ja imetajate prokollageeni geen - 50. Vaikse DNA - intronite funktsioonid pole täielikult välja selgitatud. Eeldatakse, et need tagavad: 1) kromatiini struktuurse korralduse; 2) osa neist on ilmselgelt seotud geeniekspressiooni reguleerimisega; 3) introneid võib pidada varieeruvuse teabe hoidjaks; 4) nad võivad mängida kaitsvat rolli, võttes mutageenide toime.

Transkriptsioon

Teabe ümberkirjutamise protsessi raku tuumas DNA molekuli osast mRNA molekuliks (mRNA) nimetatakse transkriptsioon(lat. Transcriptio – ümberkirjutamine). Geeni esmane saadus mRNA sünteesitakse. See on esimene samm valkude sünteesis. DNA vastaval lõigul tunneb ensüüm RNA polümeraas ära transkriptsiooni alguse märgi - eelvaade Lähtepunktiks peetakse esimest DNA nukleotiidi, mille ensüüm kaasab RNA transkripti. Kodeerivad piirkonnad algavad reeglina koodoniga AUG, mõnikord kasutatakse GUG-d bakterites. Kui RNA polümeraas seondub promootoriga, keeratakse DNA kaksikheeliks lokaalselt lahti ja üks ahelatest kopeeritakse vastavalt komplementaarsuse põhimõttele. mRNA sünteesitakse, selle kokkupaneku kiirus ulatub 50 nukleotiidini sekundis. RNA polümeraasi liikumisel mRNA ahel kasvab ja kui ensüüm jõuab kopeerimiskoha lõppu - terminaator, liigub mRNA mallist eemale. Ensüümi taga olev DNA kaksikheeliks parandatakse.

Prokarüootide transkriptsioon toimub tsütoplasmas. Kuna DNA koosneb täielikult kodeerivatest nukleotiidjärjestustest, toimib sünteesitud mRNA kohe translatsiooni mallina (vt eespool).

MRNA transkriptsioon eukarüootides toimub tuumas. See algab suurte molekulide – prekursorite (pro-mRNA) sünteesiga, mida nimetatakse ebaküpseks ehk tuuma RNA-ks.Pro-mRNA geeni esmane saadus on transkribeeritud DNA piirkonna täpne koopia, sisaldab eksoneid ja introneid. Eelkäijatest küpsete RNA molekulide moodustumise protsessi nimetatakse töötlemine. mRNA küpsemine toimub splaissimine on ensüümide poolt tehtud pistikud piirata intronid ja saitide ühendamine transkribeeritud eksonijärjestustega ligaasensüümide poolt. (Joonis.) Küps mRNA on palju lühem kui pro-mRNA prekursormolekulid, nendes olevate intronite suurus varieerub vahemikus 100 kuni 1000 nukleotiidi või rohkem. Intronid moodustavad umbes 80% kogu ebaküpsest mRNA-st.

Nüüd on näidatud, et see on võimalik alternatiivne splaissimine, milles saab ühest primaarsest transkriptist selle erinevates piirkondades kustutada nukleotiidjärjestused ja moodustub mitu küpset mRNA-d. Seda tüüpi splaissimine on iseloomulik imetajate immunoglobuliinide geenisüsteemile, mis võimaldab moodustada erinevat tüüpi antikehi ühe mRNA transkripti põhjal.

Pärast töötlemise lõpetamist valitakse küps mRNA enne tuumast lahkumist. On kindlaks tehtud, et ainult 5% küpsest mRNA-st siseneb tsütoplasmasse ja ülejäänud osa lõhustatakse tuumas.

Saade

Translatsioon (lat. Translatio – ülekanne, ülekanne) on mRNA molekuli nukleotiidjärjestuses sisalduva informatsiooni translatsioon polüpeptiidahela aminohappejärjestusse (joonis 10). See on valgusünteesi teine etapp. Küpse mRNA ülekandmisel läbi tuumaümbrise pooride tekivad spetsiaalsed valgud, mis moodustavad RNA molekuliga kompleksi. Lisaks mRNA transpordile kaitsevad need valgud mRNA-d tsütoplasmaatiliste ensüümide kahjustava toime eest. Translatsiooniprotsessis mängivad keskset rolli tRNA-d, mis tagavad aminohappe täpse vastavuse mRNA tripleti koodile. Translatsiooni-dekodeerimise protsess toimub ribosoomides ja see viiakse läbi suunas 5 kuni 3. MRNA ja ribosoomide kompleksi nimetatakse polüsoomiks.

Tõlke võib jagada kolme faasi: initsiatsioon, pikenemine ja lõpetamine.

Algatus.

Selles etapis pannakse kokku kogu valgumolekuli sünteesis osalev kompleks. Teatud mRNA kohas on kahe ribosoomi subühiku liit, millele on kinnitatud esimene aminoatsüül - tRNA ja see seab raami info lugemiseks. Iga mRNA molekul sisaldab saiti, mis on komplementaarne ribosoomi väikese subühiku rRNA-ga ja mida see spetsiifiliselt kontrollib. Selle kõrval asub initsieeriv stardikoodon AUG, mis kodeerib aminohapet metioniini.

Pikendamine

- see hõlmab kõiki reaktsioone alates esimese peptiidsideme moodustumise hetkest kuni viimase aminohappe lisamiseni. Ribosoomil on kaks kohta kahe tRNA molekuli sidumiseks. Esimene aminohappe metioniiniga t-RNA asub ühes sektsioonis, peptidüülis (P) ja sellest algab mistahes valgumolekuli süntees. Teine t-RNA molekul siseneb ribosoomi teise kohta – aminoatsüül (A) ja kinnitub selle koodonile. Metioniini ja teise aminohappe vahel moodustub peptiidside. Teine tRNA liigub koos oma mRNA koodoniga peptidüülkeskusesse. Polüpeptiidahelaga t-RNA liikumisega aminoatsüültsentrist peptidüülkeskusesse kaasneb ribosoomi edasiliikumine piki mRNA-d ühele koodonile vastava sammu võrra. Metioniini tarninud tRNA naaseb tsütoplasmasse ja amnoatsüülkeskus vabaneb. See saab uue t-RNA aminohappega, mis on krüpteeritud järgmise koodoniga. Kolmanda ja teise aminohappe vahel moodustub peptiidside ning kolmas tRNA liigub koos mRNA koodoniga peptidüültsentrisse Elongatsiooniprotsess, valguahela pikenemine. See jätkub, kuni üks kolmest koodonist, mis ei kodeeri aminohappeid, siseneb ribosoomi. See on terminaatorkoodon ja sellele ei ole vastavat tRNA-d, seega ei saa ükski tRNA-dest aminoatsüülkeskuses kohta asuda.

Lõpetamine

- polüpeptiidide sünteesi lõpuleviimine. See on seotud ühe terminatsioonikoodoni (UAA, UAG, UGA) äratundmisega spetsiifilise ribosomaalse valgu poolt, kui see siseneb aminoatsüülkeskusesse. Ribosoomi külge on kinnitatud spetsiaalne terminatsioonifaktor, mis soodustab ribosoomi subühikute eraldumist ja sünteesitud valgu molekuli vabanemist. Peptiidi viimase aminohappe külge kinnitub vesi ja selle karboksüülots eraldatakse tRNA-st.

Peptiidahela kokkupanek toimub suurel kiirusel. Bakterites temperatuuril 37 °C väljendub see polüpeptiidile 12–17 aminohappe lisamises sekundis. Eukarüootsetes rakkudes lisatakse polüpeptiidile kaks aminohapet ühe sekundi jooksul.

Seejärel siseneb sünteesitud polüpeptiidahel Golgi kompleksi, kus valmib valgumolekuli ehitus (järjekorras ilmuvad teine, kolmas, neljas struktuur). Siin on valgu molekulide komplekseerumine rasvade ja süsivesikutega.

Kogu valkude biosünteesi protsess on esitatud skeemi kujul: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polüpeptiidahela ® valk ® valgu kompleksi moodustamine ja nende transformeerimine funktsionaalselt aktiivseteks molekulideks.

Päriliku teabe rakendamise etapid kulgevad samuti sarnaselt: esiteks transkribeeritakse see mRNA nukleotiidjärjestuseks ja seejärel transleeritakse tRNA osalusel ribosoomidel polüpeptiidi aminohappejärjestuseks.

Eukarüootide transkriptsioon viiakse läbi kolme tuuma RNA polümeraasi toimel. RNA polümeraas 1 asub tuumas ja vastutab rRNA geenide transkriptsiooni eest. RNA polümeraas 2 leidub tuumamahlas ja vastutab mRNA prekursori sünteesi eest. RNA polümeraas 3 on väike osa tuumamahlas, mis sünteesib väikseid rRNA-sid ja tRNA-sid. RNA polümeraasid tunnevad spetsiifiliselt ära transkriptsioonipromootori nukleotiidjärjestuse. Eukarüootne mRNA sünteesitakse esmalt prekursorina (pro-mRNA), eksonitelt ja intronitelt saadav teave kantakse sinna maha. Sünteesitud mRNA on suurem kui translatsiooniks vajalik ja vähem stabiilne.

MRNA molekuli küpsemise käigus lõigatakse restriktsiooniensüümide abil välja intronid ja ligaasi ensüümide abil õmmeldakse kokku eksonid. MRNA küpsemist nimetatakse töötlemiseks ja eksonite liitumist splaissimiseks. Seega sisaldab küps mRNA ainult eksoneid ja on palju lühem kui tema eelkäija pro-mRNA. Introni suurused varieeruvad 100 kuni 10 000 nukleotiidi või rohkem. Intonid moodustavad umbes 80% kogu ebaküpsest mRNA-st. Praeguseks on tõestatud alternatiivse splaissimise võimalus, mille käigus saab ühest primaarsest transkriptist selle erinevates piirkondades kustutada nukleotiidjärjestused ja moodustub mitu küpset mRNA-d. Seda tüüpi splaissimine on iseloomulik imetajate immunoglobuliinide geenisüsteemile, mis võimaldab moodustada erinevat tüüpi antikehi ühe mRNA transkripti põhjal. Pärast töötlemise lõpetamist valitakse küps mRNA enne tuumast tsütoplasmasse vabastamist. On kindlaks tehtud, et ainult 5% küpsest mRNA-st siseneb ja ülejäänud osa lõhustatakse tuumas. Eukarüootsete geenide primaarsete transkriptonide transformatsioon, mis on seotud nende ekson-introni organisatsiooniga ja seoses küpse mRNA üleminekuga tuumast tsütoplasmasse, määrab eukarüootide geneetilise teabe realiseerimise tunnused. Seetõttu ei ole eukarüootne mosaiikgeen tsistronoomi geen, kuna kogu DNA järjestust ei kasutata valkude sünteesiks.

Igal teadusalal on oma "sinilind"; küberneetikud unistavad "mõtlevatest" masinatest, füüsikud - juhitavatest termotuumareaktsioonidest, keemikud - "elusaine" - valgu sünteesist. Valgu süntees on pikka aega olnud ulmeromaanide teema, keemia saabuva jõu sümbol. Seda seletatakse valgu tohutu rolliga elusmaailmas ja raskustega, mis paratamatult silmitsi seisid iga hulljulgega, kes julges üksikutest aminohapetest keeruka valgumosaiigi “koostada”. Ja isegi mitte valk ise, vaid ainult peptiidid.

Valkude ja peptiidide erinevus ei ole ainult terminoloogiline, kuigi mõlema molekulaarsed ahelad koosnevad aminohappejääkidest. Mingil etapil muutub kvantiteet kvaliteediks: peptiidahel - esmane struktuur - omandab võime keerduda spiraalideks ja pallideks, moodustades sekundaarseid ja tertsiaarseid struktuure, mis on juba iseloomulikud elusainele. Ja siis muutub peptiid valguks. Siin pole selget piiri - polümeeriahelale ei saa panna demarkatsioonimärki: seni - peptiid, siit - valk. Aga näiteks on teada, et 39 aminohappejäägist koosnev adranokortikotroopne hormoon on polüpeptiid ja 51 jäägist kahe ahela kujul koosnev hormooninsuliin on juba valk. Kõige lihtsam, aga siiski valk.

Aminohapete peptiidideks kombineerimise meetodi avastas eelmise sajandi alguses saksa keemik Emil Fischer. Kuid pikka aega pärast seda ei saanud keemikud tõsiselt mõelda mitte ainult valkude või 39-liikmeliste peptiidide sünteesile, vaid isegi palju lühematele ahelatele.

Valkude sünteesi protsess

Kahe aminohappe ühendamiseks tuleb ületada palju raskusi. Igal aminohappel, nagu ka kahepoolsel Janusel, on kaks keemilist külge: ühes otsas on karboksüülhapperühm ja teises amiini aluseline rühm. Kui ühe aminohappe karboksüülrühmast võetakse ära OH-rühm ja teise aminohappe amiinirühmast vesinikuaatom, siis saab sel juhul tekkinud kaks aminohappejääki omavahel peptiidsidemega ühendada. , ja selle tulemusena tekib peptiididest lihtsaim dipeptiid. Ja veemolekul eraldub. Seda toimingut korrates saab peptiidi pikkust suurendada.

Seda pealtnäha lihtsat toimingut on aga praktiliselt raske teostada: aminohapped on omavahel väga vastumeelsed. Peame need keemiliselt aktiveerima ja ahela ühte otsa (enamasti karboksüüli) "kuumutama" ja reaktsiooni läbi viima, järgides rangelt vajalikke tingimusi. Kuid see pole veel kõik: teine raskus seisneb selles, et mitte ainult erinevate aminohapete jäägid, vaid ka kaks sama happe molekuli võivad omavahel ühineda. Sel juhul erineb sünteesitud peptiidi struktuur juba soovitud struktuurist. Pealegi võib igal aminohappel olla mitte kaks, vaid mitu "Achilleuse kanda" - külgmised keemiliselt aktiivsed rühmad, mis on võimelised aminohappejääke siduma.

Et reaktsioon etteantud rajalt kõrvalekaldumist vältida, on vaja need valesihtmärgid maskeerida – kõik aminohappe reaktiivsed rühmad, välja arvatud üks, reaktsiooni ajaks “sulgeda”, kinnitades nii. -nimetatakse neile kaitserühmadeks. Kui seda ei tehta, siis ei kasva sihtmärk mitte ainult mõlemast otsast, vaid ka külgsuunas ning aminohappeid ei saa enam antud järjestuses ühendada. Kuid just see on igasuguse suunatud sünteesi tähendus.

Kuid sel viisil ühest hädast vabanedes seisavad keemikud silmitsi teisega: pärast sünteesi lõppu tuleb kaitserühmad eemaldada. Fischeri ajal kasutati "kaitsena" hüdrolüüsi teel eraldatud rühmi. Tavaliselt osutus hüdrolüüsireaktsioon tekkinud peptiidi jaoks aga liiga tugevaks "šokiks": selle raskesti ehitatav "konstruktsioon" lagunes kohe, kui sellelt "tellingud" - kaitserühmad - eemaldati. Alles 1932. aastal leidis Fischeri õpilane M. Bergmann sellest olukorrast väljapääsu: ta tegi ettepaneku kaitsta aminohappe aminorühma karbobensoksürühmaga, mida saab eemaldada peptiidahelat kahjustamata.

Valkude süntees aminohapetest

Aastate jooksul on aminohapete omavaheliseks "ristsidumiseks" välja pakutud mitmeid niinimetatud pehmeid meetodeid. Kuid kõik need olid tegelikult vaid variatsioonid Fisheri meetodi teemal. Variatsioonid, milles oli kohati isegi raske algmeloodiat tabada. Aga põhimõte ise jäi samaks. Siiski jäid haavatavate rühmade kaitsmisega seotud raskused samaks. Nende raskuste ületamise eest tuli maksta reaktsioonietappide arvu suurendamisega: üks elementaarne toiming – kahe aminohappe kombinatsioon – jagati neljaks etapiks. Ja iga lisaetapp on vältimatu kaotus.

Isegi kui eeldada, et iga staadium on kasuliku saagisega 80% (ja see on hea saagis), siis nelja etapi järel "sulavad" need 80% 40%. Ja seda ainult dipeptiidi sünteesiga! Mis siis, kui aminohappeid on 8? Ja kui 51, nagu insuliinis? Lisage sellele raskused, mis on seotud aminohappe molekulide kahe optilise "peegel" vormi olemasoluga, millest reaktsioonis on vaja ainult ühte, ja lisage tekkinud peptiidide kõrvalsaadustest eraldamise probleemid, eriti juhtudel, kui need on võrdselt lahustuvad. Mis juhtub kokku: tee eikuski?

Ja ometi ei peatanud need raskused keemikuid. "Sinise linnu" jälitamine jätkus. 1954. aastal sünteesiti esimesed bioloogiliselt aktiivsed polüpeptiidhormoonid vasopressiin ja oksütotsiin. Neil oli kaheksa aminohapet. 1963. aastal sünteesiti 39-meeriline ACTH polüpeptiid, adrenokortikotroopne hormoon. Lõpuks sünteesisid USA, Saksamaa ja Hiina keemikud esimese valgu – hormooninsuliini.

Kuidas on, lugeja ütleb, et raske tee, selgub, ei viinud mitte kuhugi ega kuhugi, vaid paljude põlvkondade keemikute unistuse elluviimiseni! See on verstaposti sündmus! Tõepoolest, see on märgiline sündmus. Aga hinnakem seda kainelt, loobudes sensatsioonilisusest, hüüumärkidest ja liigsetest emotsioonidest.

Keegi ei vaidle vastu: insuliini süntees on keemikute jaoks tohutu võit. See on kolossaalne, titaanlik teos, mis väärib kogu imetlust. Aga samas on ego sisuliselt vana polüpeptiidide keemia lagi. See on võit kaotuse äärel.

Valkude süntees ja insuliin

Insuliinis on 51 aminohapet. Nende õiges järjestuses ühendamiseks pidid keemikud läbi viima 223 reaktsiooni. Kui kolm aastat pärast esimese algust neist valmis sai viimane, jäi toote saagis alla ühe sajandikprotsendi. Kolm aastat, 223 etappi, sajandik protsenti – tuleb tunnistada, et võit on puhtalt sümboolne. Selle meetodi praktilisest rakendamisest on väga raske rääkida: selle rakendamisega seotud kulud on liiga suured. Kuid lõppkokkuvõttes ei räägi me orgaanilise keemia hiilguse hinnaliste säilmete sünteesist, vaid elutähtsa ravimi vabastamisest, mida vajavad tuhanded inimesed üle maailma. Seega on klassikaline polüpeptiidide sünteesi meetod ammendanud end kõige esimese, kõige lihtsama valguga. Nii et "sinilind" libises jälle keemikute käest?

Uus meetod valkude sünteesiks

Ligikaudu poolteist aastat enne seda, kui maailm sai teada insuliini sünteesist, vilksatas ajakirjanduses veel üks sõnum, mis algul erilist tähelepanu ei äratanud: Ameerika teadlane R. Maryfield pakkus välja uue meetodi peptiidide sünteesiks. Kuna autor ise ei andnud meetodile algul korralikku hinnangut ja selles oli palju vigu, nägi see esimesel ligikaudsel hinnangul isegi hullem välja kui olemasolevad. Kuid juba 1964. aasta alguses, kui Maryfieldil õnnestus oma meetodi abil viia lõpule 9-liikmelise hormooni süntees 70% kasuliku saagisega, olid teadlased üllatunud: 70% pärast kõiki etappe on 9% kasulik saagis igas etapis. süntees.

Uue meetodi põhiidee seisneb selles, et varem lahuses kaootilise liikumise meelevalda jäetud kasvavad peptiidiahelad seoti nüüd ühest otsast tahke kandja külge – need olid justkui sunnitud. lahusesse ankurdada. Maryfield võttis tahke vaigu ja "kinnitas" esimese peptiidiks kokku pandud aminohappe oma aktiivsete rühmadega karbonüülotsa kaudu. Reaktsioonid toimusid üksikute vaiguosakeste sees. Selle molekulide "labürintides" ilmusid esmakordselt tulevase peptiidi esimesed lühikesed võrsed. Seejärel viidi anumasse teine aminohape, selle karbonüülotsad ühendati "kinnitatud" aminohappe vabade aminootstega ja osakestes kasvas peptiidi tulevase "ehitise" teine "põrand". Niisiis, järk-järgult ehitati kogu peptiidpolümeer järk-järgult üles.

Uuel meetodil olid vaieldamatud eelised: ennekõike lahendas see tarbetute toodete eraldamise probleemi pärast iga aminohappe lisamist - need tooted pestakse kergesti maha ja peptiid jäi vaigugraanulite külge kinni. Samas jäeti välja kasvavate peptiidide lahustuvuse probleem, mis oli vana meetodi üks peamisi nuhtlusi; varem need sageli sadenesid, praktiliselt lakkades osalemast kasvuprotsessis. Pärast sünteesi lõppu tahkelt kandjalt “eemaldatud” peptiidid saadi peaaegu kõik sama suuruse ja struktuuriga, igal juhul oli hajuvus struktuuris väiksem kui klassikalise meetodi puhul. Ja vastavalt kasulikum väljund. Tänu sellele meetodile on peptiidide süntees – vaevarikas ja aeganõudev süntees – lihtsalt automatiseeritav.

Maryfield ehitas lihtsa masina, mis tegi ise vastavalt etteantud programmile kõik vajalikud toimingud – reaktiivide varustamine, segamine, tühjendamine, pesemine, doosi mõõtmine, uue portsjoni lisamine jne. Kui vana meetodi järgi kulus ühe aminohappe lisamiseks 2-3 päeva, siis Maryfield ühendas oma masinas 5 aminohapet päevaga. Erinevus on 15 korda.

Millised on raskused valkude sünteesil

Maryfieldi meetodi, mida nimetatakse tahkefaasiliseks ehk heterogeenseks, võtsid keemikud üle kogu maailma kohe kasutusele. Kuid pärast lühikest aega sai selgeks, et uuel meetodil on koos suurte eelistega ka mitmeid tõsiseid puudusi.

Peptiidahelate kasvades võib juhtuda, et mõnel neist on puudu näiteks kolmas "korrus" - järjekorras kolmas aminohape: selle molekul ei jõua ristmikuni, jäädes kuhugi tee äärde konstruktsiooni kinni. "metsik" tahke polümeer. Ja isegi siis, kui kõik teised aminohapped, alustades neljandast, asetsevad õiges järjekorras, ei päästa see enam olukorda. Saadud polüpeptiid oma koostiselt ja sellest tulenevalt ka omadustelt ei ole saadud ainega kuidagi seotud. Juhtub sama, mis telefoninumbri valimisel; tasub üks number vahele jätta - ja see, et oleme kõik ülejäänud õigesti sisestanud, ei aita meid enam. Selliseid valeahelaid on praktiliselt võimatu eraldada "päristest" ja ravim osutub lisanditega ummistunud. Lisaks selgub, et sünteesi ei saa läbi viia ühelgi vaigul – see tuleb hoolikalt valida, kuna kasvava peptiidi omadused sõltuvad teatud määral vaigu omadustest. Seetõttu tuleb valgusünteesi kõikidele etappidele läheneda võimalikult hoolikalt.

DNA valkude süntees, video

Ja lõpetuseks juhime teie tähelepanu õppevideole, kuidas toimub valkude süntees DNA molekulides.

Valkude roll rakus ja kehas

Valgu roll raku elus ja selle sünteesi peamised etapid. Ribosoomide ehitus ja funktsioonid. Ribosoomide roll valgusünteesis.

Valkudel on ülimalt oluline roll raku ja keha eluprotsessides, neid iseloomustavad järgmised funktsioonid.

Struktuurne. Need on osa intratsellulaarsetest struktuuridest, kudedest ja elunditest. Näiteks kollageen ja elastiin toimivad sidekoe komponentidena: luud, kõõlused, kõhred; fibroiin on osa siidist‚ ämblikuvõrkudest; keratiin on osa epidermisest ja selle derivaatidest (karvad, sarved, suled). Need moodustavad viiruste kestad (kapsiidid).

Ensümaatiline. Kõik rakus toimuvad keemilised reaktsioonid toimuvad bioloogiliste katalüsaatorite - ensüümide (oksidoreduktaas, hüdrolaas, ligaas, transferaas, isomeraas ja lüaas) osalusel.

Reguleerivad. Näiteks hormoonid insuliin ja glükagoon reguleerivad glükoosi metabolismi. Histooni valgud osalevad kromatiini ruumilises korralduses ja mõjutavad seega geeniekspressiooni.

Transport. Hemoglobiin kannab hapnikku selgroogsete veres, hemotsüaniin osade selgrootute hemolümfis, müoglobiin lihastes. Seerumi albumiin transpordib rasvhappeid, lipiide jne. Membraani transpordivalgud tagavad ainete aktiivse transpordi läbi rakumembraanide (Na +, K + -ATPaas). Tsütokroomid teostavad elektronide ülekandmist mööda mitokondrite ja kloroplastide elektronide transpordiahelaid.

Kaitsev. Näiteks antikehad (immunoglobuliinid) moodustavad komplekse bakteriaalsete antigeenide ja võõrvalkudega. Interferoonid blokeerivad viirusvalgu sünteesi nakatunud rakus. Fibrinogeen ja trombiin osalevad vere hüübimisprotsessides.

Kokkutõmmatav (mootor). Valgud aktiin ja müosiin tagavad lihaste ja tsütoskeleti elementide kontraktsiooni protsessid.

Signaal (retseptor). Rakumembraani valgud on osa retseptoritest ja pinnaantigeenidest.

säilitusvalgud. Piimakaseiin, munaalbumiin, ferritiin (varustab rauda põrnas).

Valgu toksiinid. difteeria toksiin.

Energiafunktsioon. 1 g valgu lagunemisel ainevahetuse lõppproduktideks (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) vabaneb 17,6 kJ ehk 4,2 kcal energiat.

Valkude biosüntees toimub igas elusrakus. See on kõige aktiivsem noortes kasvavates rakkudes, kus sünteesitakse valke nende organellide ehitamiseks, samuti sekretoorsetes rakkudes, kus sünteesitakse ensüümvalke ja hormoonvalke.

Peaosa valkude struktuuri määramisel kuulub DNA. DNA tükki, mis sisaldab teavet üksiku valgu struktuuri kohta, nimetatakse geeniks. DNA molekul sisaldab mitusada geeni. DNA molekul sisaldab valgu aminohapete järjestuse koodi kindlalt kombineeritud nukleotiidide kujul.

Valkude süntees - keerukas mitmeastmeline protsess, mis kujutab endast maatrikssünteesi põhimõttel kulgevat sünteetiliste reaktsioonide ahelat.

Valkude biosünteesis määratakse järgmised etapid, mis toimuvad raku erinevates osades:

Esimene aste - Tuumas toimub i-RNA süntees, mille käigus kirjutatakse DNA geenis sisalduv informatsioon ümber i-RNA-ks. Seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks (ladina keelest "transkriptsioon" - ümberkirjutamine).

Teises etapis esineb aminohapete seos t-RNA molekulidega, mis koosnevad järjestikku kolmest nukleotiidist - antikoodonitest, mille abil määratakse selle kolmikkoodon.

Kolmas etapp - see on polüpeptiidsidemete otsese sünteesi protsess, mida nimetatakse translatsiooniks. See esineb ribosoomides.

Neljandas etapis valgu sekundaarse ja tertsiaarse struktuuri kujunemine ehk valgu lõpliku struktuuri kujunemine.

Seega moodustuvad valkude biosünteesi käigus uued valgumolekulid vastavalt DNA-s sisalduvale täpsele informatsioonile. See protsess tagab valkude uuenemise, ainevahetusprotsessid, rakkude kasvu ja arengu ehk kõik raku elutegevuse protsessid.

Valkude biosüntees läheb igasse elavasse rakku. See on kõige aktiivsem noortes kasvavates rakkudes, kus sünteesitakse valke nende organellide ehitamiseks, samuti sekretoorsetes rakkudes, kus sünteesitakse ensüümvalke ja hormoonvalke.

Peamine roll valkude struktuuri määramisel kuulub DNA-le. DNA tükki, mis sisaldab teavet üksiku valgu struktuuri kohta, nimetatakse genoom. DNA molekul sisaldab mitusada geeni. DNA molekul sisaldab valgu aminohapete järjestuse koodi kindlalt kombineeritud nukleotiidide kujul. DNA kood on peaaegu täielikult dešifreeritud. Selle olemus on järgmine. Iga aminohape vastab kolme külgneva nukleotiidi DNA ahela lõigule.

Näiteks T-T-T sektsioon vastab aminohappe lüsiinile, A-C-A segment vastab tsüstiinile, C-A-A valiinile jne. Seal on 20 erinevat aminohapet, 4 nukleotiidi võimalike kombinatsioonide arv 3 võrra on 64. Seetõttu on olemas . enam kui piisavalt kolmikuid, et kodeerida kõiki aminohappeid.

valkude süntees - keerukas mitmeetapiline protsess, mis kujutab endast maatrikssünteesi põhimõttel kulgevat sünteetiliste reaktsioonide ahelat.

Kuna DNA asub raku tuumas ja valkude süntees toimub tsütoplasmas, siis on olemas vahendaja, mis edastab informatsiooni DNA-st ribosoomidesse. Selline vahendaja on mRNA.

Valkude biosünteesis määratakse järgmised etapid, mis toimuvad raku erinevates osades:

Esimene etapp – tuumas toimub i-RNA süntees, mille käigus kirjutatakse DNA geenis sisalduv informatsioon ümber i-RNA-ks. Seda protsessi nimetatakse transkriptsioon(ladina keelest "transkriptsioon" - ümberkirjutamine).
Teises etapis ühendatakse aminohapped t-RNA molekulidega, mis koosnevad järjestikusest kolmest nukleotiidist - antikoodonov, mille abil määratakse tema kolmikkoodon.
Kolmas etapp on polüpeptiidsidemete otsese sünteesi protsess, nn saade. See esineb ribosoomides.
Neljandas etapis moodustub valgu sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, see tähendab valgu lõpliku struktuuri moodustumine.

Messenger RNA (i-RNA) süntees toimub tuumas. See viiakse läbi ühes DNA ahelas ensüümide abil ja võttes arvesse lämmastikualuste komplementaarsuse põhimõtet. DNA geenides sisalduva informatsiooni sünteesitud mRNA molekuliks ümberkirjutamise protsessi nimetatakse nn. transkriptsioon . Ilmselgelt kirjutatakse teave ümber RNA nukleotiidide järjestuse kujul. DNA ahel toimib sel juhul mallina. RNA molekulis sisaldub selle moodustumise protsessis lämmastikaluse - tümiini asemel uratsioon.

G - C - A - A - C - T - DNA molekuli ühe ahela fragment; C - G - U - U - G - A - sõnumitooja RNA molekuli fragment.

RNA molekulid on individuaalsed, igaüks neist kannab teavet ühe geeni kohta. Järgmisena lahkuvad mRNA molekulid raku tuumast läbi tuumaümbrise pooride ja suunatakse tsütoplasmasse ribosoomidesse. Siia tarnitakse ka aminohappeid transport-RNA (t-RNA) abil. tRNA molekul koosneb 70–80 nukleotiidist. Molekuli üldilme meenutab ristikulehte.

Lehe ülaosas on antikoodon(kodeeriv nukleotiidide kolmik), mis vastab konkreetsele aminohappele. Seetõttu on igal aminohappel oma spetsiifiline t-RNA. Valgu molekuli kokkupanemise protsess toimub ribosoomides ja seda nimetatakse saade. Ühel mRNA molekulil paiknevad järjestikku mitu ribosoomi. Iga ribosoomi funktsionaalsesse keskmesse mahub kaks mRNA kolmikut. Nukleotiidide kooditriplet – t-RNA molekul, mis on lähenenud valgusünteesi kohale, vastab mRNA nukleotiidide kolmikule, mis on hetkel ribosoomi funktsionaalses keskmes. Seejärel teeb mRNA ahela ribosoom sammu, mis võrdub kolme nukleotiidiga. Aminohape eraldatakse tRNA-st ja muutub valgu monomeeride ahelaks. Vabanenud tRNA läheb kõrvale ja mõne aja pärast saab uuesti ühenduse luua teatud happega, mis transporditakse kohale. valkude süntees. Seega vastab DNA kolmiku nukleotiidide järjestus mRNA kolmiku nukleotiidide järjestusele.

Valkude biosünteesi kõige keerulisemas protsessis realiseeruvad paljude ainete ja raku organellide funktsioonid.

Peamine roll valkude struktuuri määramisel kuulub DNA-le. DNA tükki, mis sisaldab teavet üksiku valgu struktuuri kohta, nimetatakse geeniks. DNA molekul sisaldab mitusada geeni. DNA molekul sisaldab valgu aminohapete järjestuse koodi kindlalt kombineeritud nukleotiidide kujul. DNA kood on peaaegu täielikult dešifreeritud. Selle olemus on järgmine. Iga aminohape vastab kolme külgneva nukleotiidi DNA ahela lõigule.

Valkude süntees on keeruline mitmeetapiline protsess, mis kujutab endast maatrikssünteesi põhimõttel kulgevat sünteetiliste reaktsioonide ahelat.

Kuna DNA asub raku tuumas ja valkude süntees toimub tsütoplasmas, siis on olemas vahendaja, mis edastab informatsiooni DNA-st ribosoomidesse. Selline vahendaja on mRNA. :

Valkude biosünteesis määratakse järgmised etapid, mis toimuvad raku erinevates osades:

1. Esimene etapp - tuumas toimub i-RNA süntees, mille käigus kirjutatakse DNA geenis sisalduv informatsioon ümber i-RNA-ks. Seda protsessi nimetatakse transkriptsiooniks (ladina keelest "transkriptsioon" - ümberkirjutamine).

2. Teises etapis ühendatakse aminohapped t-RNA molekulidega, mis koosnevad järjestikku kolmest nukleotiidist - antikoodonitest, mille abil määratakse nende kolmikkoodon.

3. Kolmas etapp on polüpeptiidsidemete otsese sünteesi protsess, mida nimetatakse translatsiooniks. See esineb ribosoomides.

4. Neljandas etapis moodustub valgu sekundaarne ja tertsiaarne struktuur, st valgu lõplik struktuur.

Kromosoomid (kreeka keelest "chroma" - värv, "soma" - keha) on väga olulised raku tuuma struktuurid. Nad mängivad suurt rolli rakkude jagunemise protsessis, tagades päriliku teabe edastamise ühelt põlvkonnalt teisele. Need on valkude külge kinnitatud õhukesed DNA ahelad. Filamente nimetatakse kromatiidideks ja need koosnevad DNA-st, aluselistest valkudest (histoonidest) ja happelistest valkudest.

Mittejagunevas rakus täidavad kromosoomid kogu tuuma mahu ja pole mikroskoobi all nähtavad. Enne jagunemise algust toimub DNA spiraliseerumine ja iga kromosoom muutub mikroskoobi all nähtavaks. Spiraliseerumise käigus vähenevad kromosoomid kümneid tuhandeid kordi. Selles olekus näevad kromosoomid välja nagu kaks identset kõrvuti asetsevat niiti (kromatiidi), mis on ühendatud ühise kohaga - tsentromeeriga.

Iga organismi iseloomustab püsiv kromosoomide arv ja struktuur. Somaatilistes rakkudes on kromosoomid alati paaris, see tähendab, et tuumas on kaks identset kromosoomi, mis moodustavad ühe paari. Selliseid kromosoome nimetatakse homoloogseteks ja paaritud kromosoomide komplekte somaatilistes rakkudes diploidseteks.

Niisiis koosneb inimeste diploidne kromosoomide komplekt 46 kromosoomist, mis moodustavad 23 paari. Iga paar koosneb kahest identsest (homoloogsest) kromosoomist.

Kromosoomide ehituslikud iseärasused võimaldavad eristada nende 7 rühma, mida tähistatakse ladina tähtedega A, B, C, D, E, F, G. Kõikidel kromosoomipaaridel on seerianumbrid.

Meestel ja naistel on 22 paari identseid kromosoome. Neid nimetatakse autosoomideks. Mehed ja naised erinevad ühe kromosoomipaari poolest, mida nimetatakse sugukromosoomideks. Neid tähistatakse tähtedega - suur X (rühm C) ja väike Y (rühm C,). Naise kehas on 22 paari autosoome ja üks paar (XX) sugukromosoome. Isastel on 22 paari autosoome ja üks paar (XY) sugukromosoome.

Erinevalt somaatilistest rakkudest sisaldavad sugurakud poole kromosoomide komplektist, see tähendab, et nad sisaldavad igast paarist ühte kromosoomi! Sellist komplekti nimetatakse haploidseks. Haploidne kromosoomide komplekt tekib rakkude küpsemise protsessis.