DNA-förändring. DNA och gener Flöde av genetisk information dna rna protein

Vi vet alla att utseendet på en person, vissa vanor och till och med sjukdomar är ärvda. All denna information om en levande varelse är kodad i generna. Så hur ser dessa ökända gener ut, hur fungerar de och var finns de?

Så bäraren av alla gener från någon person eller djur är DNA. Denna förening upptäcktes av Johann Friedrich Miescher 1869. Kemiskt sett är DNA deoxiribonukleinsyra. Vad betyder det här? Hur bär denna syra den genetiska koden för allt liv på vår planet?

Låt oss börja med att titta på var DNA finns. Det finns många organeller i den mänskliga cellen som utför olika funktioner. DNA finns i kärnan. Kärnan är en liten organell som är omgiven av ett speciellt membran som lagrar allt genetiskt material - DNA.

Vilken struktur har en DNA-molekyl?

Låt oss först titta på vad DNA är. DNA är en mycket lång molekyl som består av strukturella element - nukleotider. Det finns 4 typer av nukleotider - adenin (A), tymin (T), guanin (G) och cytosin (C). Nukleotidkedjan ser schematiskt ut så här: GGAATTSTAAG.... Denna sekvens av nukleotider är DNA-kedjan.

Strukturen av DNA dechiffrerades först 1953 av James Watson och Francis Crick.

I en DNA-molekyl finns två kedjor av nukleotider som är spiralformigt tvinnade runt varandra. Hur håller dessa nukleotidkedjor ihop och vrider sig till en spiral? Detta fenomen beror på egenskapen komplementaritet. Komplementaritet innebär att endast vissa nukleotider (komplementära) kan vara motsatta varandra i två kedjor. Så, mitt emot adenin är alltid tymin, och mitt emot guanin är alltid bara cytosin. Således är guanin komplementärt med cytosin, och adenin med tymin.Sådana nukleotidpar mitt emot varandra i olika kedjor kallas också komplementära.

Det kan schematiskt representeras enligt följande:

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

Dessa komplementära par A - T och G - C bildar en kemisk bindning mellan nukleotiderna i paret, och bindningen mellan G och C är starkare än mellan A och T. Bindningen bildas strikt mellan komplementära baser, det vill säga bildningen av en bindning mellan icke-komplementär G och A är omöjligt.

"Förpackningen" av DNA, hur blir en DNA-sträng en kromosom?

Varför vrider sig dessa nukleotidkedjor av DNA också runt varandra? Varför behövs detta? Faktum är att antalet nukleotider är enormt och du behöver mycket utrymme för att rymma så långa kedjor. Av denna anledning finns det en spiralvridning av två DNA-strängar runt den andra. Detta fenomen kallas spiralisering. Som ett resultat av spiralisering förkortas DNA-kedjorna med 5-6 gånger.

Vissa DNA-molekyler används aktivt av kroppen, medan andra sällan används. Sådana sällan använda DNA-molekyler genomgår, förutom spiralisering, ännu mer kompakt "förpackning". En sådan kompakt förpackning kallas supercoiling och förkortar DNA-strängen med 25-30 gånger!

Hur förpackas DNA-spiral?

För supercoiling används histonproteiner, som har utseendet och strukturen som en stav eller trådrulle. Spiraliserade DNA-strängar lindas på dessa "spolar" - histonproteiner. På så sätt blir det långa filamentet mycket kompakt packat och tar väldigt lite plats.

Om det är nödvändigt att använda en eller annan DNA-molekyl uppstår processen att "avlinda", det vill säga att DNA-tråden "lindas av" från "spolen" - histonproteinet (om det var lindat på det) och lindas av från spiralen i två parallella kedjor. Och när DNA-molekylen är i ett så otvinnat tillstånd, kan den nödvändiga genetiska informationen läsas från den. Dessutom sker läsningen av genetisk information endast från otvinnade DNA-strängar!

En uppsättning supercoiled kromosomer kallas heterokromatin, och de kromosomer som är tillgängliga för att läsa information - eukromatin.

Vad är gener, vad är deras förhållande till DNA?

Låt oss nu titta på vad gener är. Det är känt att det finns gener som bestämmer blodgruppen, ögonfärgen, hår, hud och många andra egenskaper hos vår kropp. En gen är en strikt definierad del av DNA, bestående av ett visst antal nukleotider ordnade i en strikt definierad kombination. Placering i en strikt definierad del av DNA betyder att en viss gen har sin plats, och det är omöjligt att ändra denna plats. Det är lämpligt att göra en sådan jämförelse: en person bor på en viss gata, i ett visst hus och lägenhet, och en person kan inte godtyckligt flytta till ett annat hus, lägenhet eller till en annan gata. Ett visst antal nukleotider i en gen innebär att varje gen har ett specifikt antal nukleotider och inte kan bli fler eller färre. Till exempel är genen som kodar för insulinproduktion 60 baspar lång; genen som kodar för produktionen av hormonet oxytocin är 370 bp.

En strikt nukleotidsekvens är unik för varje gen och strikt definierad. Till exempel är AATTAATA-sekvensen ett fragment av en gen som kodar för insulinproduktion. För att få insulin används just en sådan sekvens, för att få till exempel adrenalin används en annan kombination av nukleotider. Det är viktigt att förstå att endast en viss kombination av nukleotider kodar för en viss "produkt" (adrenalin, insulin, etc.). En sådan unik kombination av ett visst antal nukleotider, som står på "sin plats" - det här är gen.

Förutom gener finns de så kallade "icke-kodande sekvenserna" i DNA-kedjan. Sådana icke-kodande nukleotidsekvenser reglerar funktionen hos gener, hjälper kromosomspiralisering och markerar start- och slutpunkterna för en gen. Men hittills är rollen för de flesta icke-kodande sekvenser oklar.

Vad är en kromosom? könskromosomer

Helheten av en individs gener kallas genomet. Naturligtvis kan hela arvsmassan inte packas i ett enda DNA. Genomet är uppdelat i 46 par DNA-molekyler. Ett par DNA-molekyler kallas en kromosom. Så det är just dessa kromosomer som en person har 46 bitar. Varje kromosom bär på en strikt definierad uppsättning gener, till exempel innehåller den 18:e kromosomen gener som kodar för ögonfärg etc. Kromosomerna skiljer sig från varandra i längd och form. De vanligaste formerna är i form av X eller Y, men det finns även andra. En person har två kromosomer av samma form, som kallas parade (par). I samband med sådana skillnader numreras alla parade kromosomer - det finns 23 par. Det betyder att det finns ett par kromosomer #1, par #2, #3 och så vidare. Varje gen som är ansvarig för en viss egenskap finns på samma kromosom. I moderna manualer för specialister kan lokaliseringen av genen indikeras till exempel enligt följande: kromosom 22, lång arm.

Vad är skillnaderna mellan kromosomer?

Hur skiljer sig kromosomerna annars från varandra? Vad betyder termen lång arm? Låt oss ta X-formade kromosomer Korsningen av DNA-strängar kan ske strikt i mitten (X), eller så kan den inte ske centralt. När en sådan skärningspunkt av DNA-strängar inte sker centralt, så är i förhållande till skärningspunkten vissa ändar längre, andra är respektive kortare. Sådana långa ändar kallas vanligen kromosomens långa arm och korta ändar respektive den korta armen. Y-formade kromosomer är mestadels upptagna av långa armar, och korta är mycket små (de är inte ens indikerade på den schematiska bilden).

Kromosomernas storlek fluktuerar: de största är kromosomerna i par nr 1 och nr 3, de minsta kromosomerna av par nr 17, nr 19.

Förutom former och storlekar skiljer sig kromosomerna i sina funktioner. Av 23 par är 22 par somatiska och 1 par är sexuella. Vad betyder det? Somatiska kromosomer bestämmer alla yttre tecken på en individ, egenskaperna hos hans beteendereaktioner, ärftlig psykotyp, det vill säga alla egenskaper och egenskaper hos varje enskild person. Ett par könskromosomer bestämmer könet på en person: man eller kvinna. Det finns två typer av mänskliga könskromosomer - X (X) och Y (Y). Om de kombineras som XX (x - x) - är detta en kvinna, och om XY (x - y) - har vi en man framför oss.

Ärftliga sjukdomar och kromosomskador

Det finns dock "nedbrytningar" av arvsmassan, sedan upptäcks genetiska sjukdomar hos människor. Till exempel, när det finns tre kromosomer i 21 kromosompar istället för två, föds en person med Downs syndrom.

Det finns många mindre "nedbrytningar" av arvsmassan som inte leder till att sjukdomen debuterar, utan tvärtom ger bra egenskaper. Alla "nedbrytningar" av det genetiska materialet kallas mutationer. Mutationer som leder till sjukdom eller försämring av organismens egenskaper anses vara negativa, och mutationer som leder till bildandet av nya fördelaktiga egenskaper anses vara positiva.

Men i förhållande till de flesta sjukdomar som människor lider av idag är det inte en sjukdom som är ärftlig, utan bara en anlag. Till exempel, hos pappan till ett barn, absorberas socker långsamt. Det betyder inte att barnet kommer att födas med diabetes, men barnet kommer att ha en anlag. Det betyder att om ett barn missbrukar godis och mjölprodukter kommer det att utveckla diabetes.

Idag har den sk predikativ medicinen. Inom ramen för denna medicinska praxis avslöjas predispositioner hos en person (baserat på identifieringen av motsvarande gener), och sedan ges rekommendationer till honom - vilken diet att följa, hur man korrekt växlar arbets- och viloregimer för att inte bli sjuk.

Hur läser man informationen kodad i DNA?

Men hur kan du läsa informationen som finns i DNA? Hur använder hennes egen kropp det? DNA i sig är en sorts matris, men inte enkel, utan kodad. För att läsa information från DNA-matrisen överförs den först till en speciell bärare - RNA. RNA är kemiskt ribonukleinsyra. Det skiljer sig från DNA genom att det kan passera genom kärnmembranet in i cellen, medan DNA saknar denna förmåga (det kan bara hittas i kärnan). Den kodade informationen används i själva cellen. Så, RNA är en bärare av kodad information från kärnan till cellen.

Hur sker RNA-syntes, hur syntetiseras protein med hjälp av RNA?

DNA-strängarna som informationen måste "läsas" från lindas upp, ett speciellt enzym, "byggaren", närmar sig dem och syntetiserar en komplementär RNA-kedja parallellt med DNA-strängen. RNA-molekylen består också av 4 typer av nukleotider - adenin (A), uracil (U), guanin (G) och cytosin (C). I det här fallet är följande par komplementära: adenin - uracil, guanin - cytosin. Som du kan se, till skillnad från DNA, använder RNA uracil istället för tymin. Det vill säga, "byggaren"-enzymet fungerar enligt följande: om det ser A i DNA-strängen, så fäster det Y till RNA-strängen, om G, så fäster det C, etc. Således bildas en mall från varje aktiv gen under transkriptionen - en kopia av RNA som kan passera genom kärnmembranet.

Hur kodas syntesen av ett protein av en viss gen?

Efter att ha lämnat kärnan kommer RNA in i cytoplasman. Redan i cytoplasman kan RNA, som en matris, byggas in i speciella enzymsystem (ribosomer), som kan syntetisera, styrt av informationen från RNA, proteinets motsvarande aminosyrasekvens. Som ni vet är en proteinmolekyl uppbyggd av aminosyror. Hur lyckas ribosomen veta vilken aminosyra som ska fästas i den växande proteinkedjan? Detta görs på basis av en triplettkod. Triplettkoden betyder att sekvensen av tre nukleotider i RNA-kedjan ( trilling, till exempel GGU) kodar för en aminosyra (i detta fall glycin). Varje aminosyra kodas av en specifik triplett. Och så "läser" ribosomen tripletten, bestämmer vilken aminosyra som ska läggas till härnäst när information läses in i RNA:t. När en kedja av aminosyror bildas tar den en viss rumslig form och blir ett protein som kan utföra de enzymatiska, uppbyggande, hormonella och andra funktioner som tilldelats det.

Protein för alla levande organismer är en genprodukt. Det är proteiner som bestämmer alla olika egenskaper, kvaliteter och yttre manifestationer av gener.

Den tid vi lever i präglas av fantastiska förändringar, enorma framsteg, när människor får svar på fler och fler nya frågor. Livet går snabbt framåt, och det som tills nyligen verkade omöjligt börjar bli verklighet. Det är fullt möjligt att det som idag verkar vara en intrig från science fiction-genren snart också kommer att få verklighetens drag.

En av de viktigaste upptäckterna under andra hälften av 1900-talet var nukleinsyrorna RNA och DNA, tack vare vilka människan kom närmare att reda ut naturens mysterier.

Nukleinsyror

Nukleinsyror är organiska föreningar med högmolekylära egenskaper. De inkluderar väte, kol, kväve och fosfor.

De upptäcktes 1869 av F. Misher, som undersökte pus. Men vid den tiden gavs hans upptäckt inte stor betydelse. Först senare, när dessa syror hittades i alla djur- och växtceller, kom förståelsen för deras enorma roll.

Det finns två typer av nukleinsyror: RNA och DNA (ribonuklein- och deoxiribonukleinsyror). Den här artikeln ägnas åt ribonukleinsyra, men för en allmän förståelse kommer vi också att överväga vad DNA är.

Vad

DNA är uppbyggt av två strängar som är sammankopplade enligt komplementaritetslagen genom vätebindningar mellan kvävehaltiga baser. Långa kedjor vrids till en spiral, ett varv innehåller nästan tio nukleotider. Dubbelhelixens diameter är två millimeter, avståndet mellan nukleotiderna är ungefär en halv nanometer. Längden på en molekyl når ibland flera centimeter. Längden på DNA i kärnan i en mänsklig cell är nästan två meter.

Strukturen av DNA innehåller allt DNA besitter replikation, vilket innebär den process under vilken två helt identiska dottermolekyler bildas från en molekyl.

Som redan nämnts består kedjan av nukleotider, som i sin tur består av kvävebaser (adenin, guanin, tymin och cytosin) och en fosforsyrarest. Alla nukleotider skiljer sig i kvävehaltiga baser. Vätebindning sker inte mellan alla baser, adenin kan till exempel bara kombineras med tymin eller guanin. Det finns alltså lika många adenylnukleotider i kroppen som tymidylnukleotider, och antalet guanylnukleotider är lika med cytidylnukleotider (Chargaffs regel). Det visar sig att sekvensen av en kedja förutbestämmer sekvensen av en annan, och kedjorna verkar spegla varandra. Ett sådant mönster, där nukleotiderna i två kedjor är ordnade på ett ordnat sätt, och även kopplas selektivt, kallas komplementaritetsprincipen. Förutom väteföreningar interagerar dubbelspiralen också hydrofobt.

De två kedjorna är i motsatta riktningar, det vill säga de är placerade i motsatta riktningar. Därför, mittemot de tre "-änden av en är fem"-änden av den andra kedjan.

Utåt liknar den en spiraltrappa, vars räcke är en sockerfosfatryggrad, och stegen är komplementära kvävebaser.

Vad är ribonukleinsyra?

RNA är en nukleinsyra med monomerer som kallas ribonukleotider.

I kemiska egenskaper är det mycket likt DNA, eftersom båda är polymerer av nukleotider, som är en fosforylerad N-glykosid som är uppbyggd på en rest av pentos (fem kolsocker), med en fosfatgrupp vid den femte kolatomen och en kvävebas vid den första kolatomen.

Det är en enkel polynukleotidkedja (förutom virus), som är mycket kortare än DNA.

En RNA-monomer är resterna av följande ämnen:

• kvävebaser;
• fem-kol monosackarid;
• fosforsyror.

RNA har pyrimidin (uracil och cytosin) och purin (adenin, guanin) baser. Ribos är monosackariden av RNA-nukleotiden.

Skillnader mellan RNA och DNA

Nukleinsyror skiljer sig från varandra i följande egenskaper:

• dess kvantitet i cellen beror på det fysiologiska tillståndet, ålder och organtillhörighet;
• DNA innehåller kolhydraten deoxiribos och RNA innehåller ribos;
• den kvävehaltiga basen i DNA är tymin, och i RNA är det uracil;
• klasser utför olika funktioner, men syntetiseras på DNA-matrisen;
• DNA består av en dubbelspiral, medan RNA består av en enkelsträng;
• det är okaraktäristiskt att agera i DNA;
• RNA har fler mindre baser;
• kedjor varierar mycket i längd.

Studiens historia

RNA-cellen upptäcktes först av en tysk biokemist R. Altman när han studerade jästceller. I mitten av 1900-talet bevisades DNA:s roll i genetiken. Först då beskrevs RNA-typer, funktioner och så vidare. Upp till 80-90 % av massan i cellen faller på rRNA, som tillsammans med proteiner bildar ribosomen och deltar i proteinbiosyntesen.

På sextiotalet av förra seklet föreslogs det först att det måste finnas en viss art som bär den genetiska informationen för proteinsyntes. Efter det var det vetenskapligt fastställt att det finns sådana informationsribonukleinsyror som representerar komplementära kopior av gener. De kallas också budbärar-RNA.

De så kallade transportsyrorna är inblandade i att avkoda informationen som finns i dem.

Senare började metoder utvecklas för att identifiera nukleotidsekvensen och fastställa strukturen av RNA i det sura utrymmet. Så det visade sig att några av dem, som kallades ribozymer, kan klyva polyribonukleotidkedjor. Som ett resultat började de anta att vid den tidpunkt då livet föddes på planeten, verkade RNA utan DNA och proteiner. Dessutom genomfördes alla transformationer med hennes deltagande.

Strukturen av ribonukleinsyramolekylen

Nästan alla RNA är enkla kedjor av polynukleotider, som i sin tur består av monoribonukleotider - purin- och pyrimidinbaser.

Nukleotider betecknas med de initiala bokstäverna i baserna:

• adenin (A), A;
• guanin (G), G;
• cytosin (C), C;
• uracil (U), U.

De är sammankopplade med tre- och femfosfodiesterbindningar.

Ett mycket olika antal nukleotider (från flera tiotals till tiotusentals) ingår i strukturen av RNA. De kan bilda en sekundär struktur som huvudsakligen består av korta dubbelsträngade strängar som bildas av komplementära baser.

Struktur av en ribnukleinsyramolekyl

Som redan nämnts har molekylen en enkelsträngad struktur. RNA får sin sekundära struktur och form som ett resultat av interaktionen av nukleotider med varandra. Det är en polymer vars monomer är en nukleotid bestående av ett socker, en fosforsyrarest och en kvävebas. Utåt liknar molekylen en av DNA-kedjorna. Nukleotiderna adenin och guanin, som ingår i RNA, är purin. Cytosin och uracil är pyrimidinbaser.

Syntesprocess

För att en RNA-molekyl ska syntetiseras är mallen en DNA-molekyl. Det är sant att den omvända processen också händer när nya molekyler av deoxiribonukleinsyra bildas på ribonukleinsyramatrisen. Detta inträffar under replikeringen av vissa typer av virus.

Andra molekyler av ribonukleinsyra kan också tjäna som bas för biosyntes. Dess transkription, som sker i cellkärnan, involverar många enzymer, men den viktigaste av dem är RNA-polymeras.

Typer

Beroende på typen av RNA skiljer sig dess funktioner också. Det finns flera typer:

• informativt i-RNA;
• ribosomalt r-RNA;
• transport t-RNA;
• mindre;
• ribozymer;
• viral.

Information ribonukleinsyra

Sådana molekyler kallas också matris. De utgör cirka två procent av det totala antalet i cellen. I eukaryota celler syntetiseras de i kärnorna på DNA-mallar, passerar sedan in i cytoplasman och binder till ribosomer. Vidare blir de mallar för proteinsyntes: de förenas av överförings-RNA som bär aminosyror. Det är så processen för informationstransformation sker, vilket förverkligas i proteinets unika struktur. I vissa virala RNA är det också en kromosom.

Jacob och Mano är upptäckarna av denna art. Utan en stel struktur, dess kedja bildar böjda öglor. Inte fungerar, i-RNA samlas i veck och veck till en boll och vecklas ut i fungerande skick.

mRNA:t bär information om sekvensen av aminosyror i proteinet som syntetiseras. Varje aminosyra kodas på en specifik plats med hjälp av genetiska koder, som kännetecknas av:

• triplett - från fyra mononukleotider är det möjligt att bygga sextiofyra kodoner (genetisk kod);
• icke-korsande - information rör sig i en riktning;
• kontinuitet - funktionsprincipen är att ett mRNA är ett protein;
• universalitet - en eller annan typ av aminosyra kodas i alla levande organismer på samma sätt;
• degeneration - tjugo aminosyror är kända, och sextioen kodon, det vill säga de kodas av flera genetiska koder.

Ribosomal ribonukleinsyra

Sådana molekyler utgör den stora majoriteten av cellulärt RNA, nämligen åttio till nittio procent av det totala. De kombineras med proteiner och bildar ribosomer - det här är organeller som utför proteinsyntes.

Ribosomer är sextiofem procent rRNA och trettiofem procent protein. Denna polynukleotidkedja böjs lätt tillsammans med proteinet.

Ribosomen består av aminosyra- och peptidregioner. De är placerade på kontaktytor.

Ribosomer rör sig fritt till rätt ställen. De är inte särskilt specifika och kan inte bara läsa information från mRNA, utan även bilda en matris med dem.

Transportera ribonukleinsyra

tRNA är de mest studerade. De utgör tio procent av cellulär ribonukleinsyra. Dessa typer av RNA binder till aminosyror tack vare ett speciellt enzym och levereras till ribosomer. I detta fall bärs aminosyror av transportmolekyler. Det händer dock att olika kodon kodar för en aminosyra. Sedan kommer flera transport-RNA att bära dem.

Den kryper ihop sig till en boll när den är inaktiv och när den fungerar ser den ut som ett klöverblad.

Den innehåller följande avsnitt:

• en acceptorstam som har en ACC-nukleotidsekvens;
• plats för fastsättning till ribosomen;
• ett antikodon som kodar för aminosyran som är fäst vid detta tRNA.

Mindre arter av ribonukleinsyra

Nyligen har RNA-arter fyllts på med en ny klass, de så kallade små RNA. De är med största sannolikhet universella regulatorer som slår på eller av gener i embryonal utveckling, och som även kontrollerar processer inom celler.

Ribozymer har också nyligen identifierats, de är aktivt involverade när RNA-syran fermenteras och fungerar som en katalysator.

Virala typer av syror

Viruset kan innehålla antingen ribonukleinsyra eller deoxiribonukleinsyra. Därför, med motsvarande molekyler, kallas de RNA-innehållande. När ett sådant virus kommer in i en cell sker omvänd transkription - nytt DNA uppstår på basis av ribonukleinsyra, som integreras i celler, vilket säkerställer existensen och reproduktionen av viruset. I ett annat fall sker bildningen av komplementärt RNA på det inkommande RNA:t. Virus är proteiner, vital aktivitet och reproduktion pågår utan DNA, men bara på basis av informationen som finns i virusets RNA.

replikering

För att förbättra den övergripande förståelsen är det nödvändigt att överväga replikeringsprocessen, vilket resulterar i två identiska nukleinsyramolekyler. Så här börjar celldelningen.

Det involverar DNA-polymeraser, DNA-beroende, RNA-polymeraser och DNA-ligaser.

Replikeringsprocessen består av följande steg:

• despiralisering - det sker en sekventiell avveckling av moderns DNA, som fångar hela molekylen;
• brott av vätebindningar, där kedjorna divergerar, och en replikationsgaffel uppträder;
• justering av dNTP till de frigjorda baserna av moderskedjor;
• klyvning av pyrofosfater från dNTP-molekyler och bildning av fosforodiesterbindningar på grund av den frigjorda energin;
• andning.

Efter bildandet av dottermolekylen delas kärnan, cytoplasman och resten. Det bildas alltså två dotterceller som helt har fått all genetisk information.

Dessutom kodas den primära strukturen av proteiner som syntetiseras i cellen. DNA tar en indirekt del i denna process, och inte direkt, som består i att det är på DNA som syntesen av proteiner, RNA involverat i bildningen, sker. Denna process kallas transkription.

Transkription

Syntesen av alla molekyler sker under transkription, det vill säga omskrivning av genetisk information från en specifik DNA-operon. Processen liknar på vissa sätt replikering, och på andra är den väldigt annorlunda.

Likheter är följande delar:

• början kommer från despiraliseringen av DNA;
• det finns ett brott i vätebindningarna mellan kedjornas baser;
• NTF:er är kompletterande anpassade till dem;
• vätebindningar bildas.

Skillnader från replikering:

• under transkriptionen är endast den DNA-sektion som motsvarar transkriptonen otvinnad, medan hela molekylen under replikation tvinnas;
• under transkription innehåller avstämbara NTP:er ribos, och istället för tymin, uracil;
• information skrivs endast av från ett visst område;
• efter bildandet av molekylen bryts vätebindningarna och den syntetiserade strängen, och strängen glider av DNA:t.

För normal funktion bör den primära strukturen av RNA endast bestå av DNA-sektioner avskrivna från exoner.

Det nybildade RNA:t börjar mognadsprocessen. Tysta regioner skärs ut och informativa regioner sammansmälts för att bilda en polynukleotidkedja. Vidare har varje art transformationer som bara är inneboende i sig.

I mRNA sker bindning till den initiala änden. Polyadenylat ansluter sig till den slutliga platsen.

Baser modifieras i tRNA för att bilda mindre arter.

I r-RNA metyleras även individuella baser.

Skydda från förstörelse och förbättra transporten av proteiner in i cytoplasman. RNA i moget tillstånd är kopplade till dem.

Betydelsen av deoxiribonuklein- och ribonukleinsyror

Nukleinsyror är av stor betydelse i organismers liv. De lagrar, överförs till cytoplasman och ärver till dotterceller information om proteinerna som syntetiseras i varje cell. De finns i alla levande organismer, stabiliteten hos dessa syror spelar en viktig roll för den normala funktionen av både celler och hela organismen. Alla förändringar i deras struktur kommer att leda till cellulära förändringar.

För nästan ett halvt sekel sedan, 1953, upptäckte D. Watson och F. Crick principen för den strukturella (molekylära) organisationen av gensubstansen - deoxiribonukleinsyra (DNA). DNA-strukturen gav nyckeln till mekanismen för exakt reproduktion - reduplicering - av gensubstansen. Så en ny vetenskap uppstod - molekylärbiologi. Den så kallade centrala dogmen inom molekylärbiologi formulerades: DNA - RNA - protein. Dess betydelse är att den genetiska informationen som registreras i DNA realiseras i form av proteiner, men inte direkt, utan genom en relaterad polymer - ribonukleinsyra (RNA), och denna väg från nukleinsyror till proteiner är irreversibel. Således syntetiseras DNA på DNA, vilket ger sin egen reduplicering, det vill säga reproduktionen av det ursprungliga genetiska materialet i generationer; RNA syntetiseras från DNA, vilket resulterar i omskrivning, eller transkription, av genetisk information till formen av flera kopior av RNA; RNA-molekyler fungerar som mallar för proteinsyntes - genetisk information översätts i form av polypeptidkedjor. I speciella fall kan RNA transkriberas till form av DNA ("omvänd transkription"), och även kopieras i form av RNA (replikation), men ett protein kan aldrig vara en mall för nukleinsyror (se för mer detaljer).

Så det är DNA som bestämmer ärftligheten hos organismer, det vill säga en uppsättning proteiner och relaterade egenskaper som reproduceras i generationer. Proteinbiosyntes är den centrala processen för levande materia, och nukleinsyror förser den å ena sidan med ett program som bestämmer hela uppsättningen och specifikationerna för syntetiserade proteiner, och å andra sidan en mekanism för att exakt återskapa detta program i generationer . Följaktligen reduceras livets ursprung i dess moderna cellform till uppkomsten av en mekanism för ärftlig proteinbiosyntes.

PROTEINBIOSYNTES

Den centrala dogmen inom molekylärbiologi postulerar endast ett sätt att överföra genetisk information från nukleinsyror till proteiner och följaktligen till egenskaperna och egenskaperna hos en levande organism. Studien av mekanismerna för förverkligandet av denna väg under decennierna som följde på formuleringen av den centrala dogmen avslöjade mycket mer olika funktioner hos RNA än att bara vara en bärare av information från gener (DNA) till proteiner och fungera som en matris för proteinsyntes .

På fig. 1 visar ett allmänt schema för proteinbiosyntes i en cell. budbärar-RNA(budbärar-RNA, budbärar-RNA, mRNA), som kodar för proteiner, som diskuterades ovan, är bara en av de tre huvudklasserna av cellulärt RNA. Deras bulk (cirka 80%) är en annan klass av RNA - ribosomalt RNA, som bildar den strukturella ramen och funktionella centra för universella proteinsyntetiserande partiklar - ribosomer. Det är ribosomala RNA som är ansvariga - både strukturellt och funktionellt - för bildandet av ultramikroskopiska molekylära maskiner som kallas ribosomer. Ribosomer tar emot genetisk information i form av mRNA-molekyler och, programmerade av de senare, tillverkar proteiner i strikt överensstämmelse med detta program.

Men för att syntetisera proteiner räcker det inte med information eller ett program enbart - du behöver också ett material som de kan tillverkas av. Flödet av material för proteinsyntes går till ribosomerna genom den tredje klassen av cellulärt RNA - överföra RNA(överförings-RNA, överförings-RNA, tRNA). De binder - accepterar - aminosyror, som fungerar som byggmaterial för proteiner, kovalent och kommer in i ribosomer i form av aminoacyl-tRNA. I ribosomer interagerar aminoacyl-tRNA med kodoner - tre-nukleotidkombinationer - av mRNA, som ett resultat av vilka kodon avkodas under translation.

RIBONUKLEINSYROR

Så vi har en uppsättning huvudsakliga cellulära RNA som bestämmer huvudprocessen för modern levande materia - proteinbiosyntes. Dessa är mRNA, ribosomalt RNA och tRNA. RNA syntetiseras på DNA med hjälp av enzymer - RNA-polymeraser som utför transkription - omskrivning av vissa sektioner (linjära segment) av dubbelsträngat DNA till form av enkelsträngat RNA. DNA-regioner som kodar för cellulära proteiner skrivs om i form av mRNA, medan det för syntes av många kopior av ribosomalt RNA och tRNA finns speciella regioner i cellgenomet från vilka intensiv omskrivning sker utan efterföljande översättning till proteiner.

Kemisk struktur av RNA. Kemiskt är RNA mycket likt DNA. Båda ämnena är linjära polymerer av nukleotider. Varje monomer - nukleotid - är en fosforylerad N-glykosid, byggd av en sockerrest med fem kolatomer - pentos, som bär en fosfatgrupp på hydroxylgruppen i den femte kolatomen (esterbindning) och en kvävebas vid den första kolatomen ( N-glykosidbindning). Den huvudsakliga kemiska skillnaden mellan DNA och RNA är att sockerresten i RNA-monomeren är ribos, och DNA-monomeren är deoxiribos, som är ett derivat av ribos, där det inte finns någon hydroxylgrupp vid den andra kolatomen (Fig. 2) ).

Det finns fyra typer av kvävehaltiga baser i både DNA och RNA: två purinbaser - adenin (A) och guanin (G) - och två pyrimidinbaser - cytosin (C) och uracil (U) eller dess metylerade derivat tymin (T).

Uracil är karakteristiskt för RNA-monomerer, medan tymin är karakteristiskt för DNA-monomerer, och detta är den andra skillnaden mellan RNA och DNA. Monomerer - RNA-ribonukleotider eller DNA-deoxiribonukleotider - bildar en polymerkedja genom att bilda fosfodiesterbryggor mellan sockerrester (mellan den femte och tredje kolatomen i pentosen). Således kan polymerkedjan av en nukleinsyra - DNA eller RNA - representeras som en linjär sockerfosfatryggrad med kvävehaltiga baser som sidogrupper.

Makromolekylär struktur av RNA. Den grundläggande makrostrukturella skillnaden mellan de två typerna av nukleinsyror är att DNA är en enkel dubbelhelix, det vill säga en makromolekyl av två komplementärt länkade polymersträngar, spiralformigt vridna runt en gemensam axel (se [ , ]), och RNA är en enkel -strängad polymer. Samtidigt leder växelverkan mellan sidogrupperna - kvävehaltiga baser - med varandra, liksom med fosfater och hydroxyler i sockerfosfatryggraden, till det faktum att en enkelsträngad RNA-polymer viks på sig själv och vrids in i en kompakt struktur, liknande veckningen av en proteinpolypeptidkedja till en kompakt kula. På detta sätt kan unika RNA-nukleotidsekvenser bilda unika rumsliga strukturer.

Den specifika rumsliga strukturen hos RNA demonstrerades först när man dechiffrerade atomstrukturen för ett av tRNA:erna 1974 [ , ] (Fig. 3). Vikningen av tRNA-polymerkedjan, som består av 76 nukleotidmonomerer, leder till bildandet av en mycket kompakt klotformig kärna, från vilken två utsprång sticker ut i rät vinkel. De är korta dubbla helixar som liknar DNA, men organiserade av växelverkan mellan sektioner av samma RNA-sträng. En av utsprången är en aminosyraacceptor och är involverad i syntesen av proteinpolypeptidkedjan på ribosomen, medan den andra är avsedd för komplementär interaktion med den kodande tripletten (kodonet) av mRNA i samma ribosom. Endast en sådan struktur kan specifikt interagera med protein-enzymet som binder aminosyran till tRNA och med ribosomen under translation, det vill säga specifikt "igenkännas" av dem.

Studiet av isolerade ribosomala RNA gav följande slående exempel på bildandet av kompakta specifika strukturer från ännu längre linjära polymerer av denna typ. Ribosomen består av två olika delar - stora och små ribosomala subpartiklar (subenheter). Varje subenhet är byggd av ett högpolymer-RNA och en mängd olika ribosomala proteiner. Längden på kedjorna av ribosomalt RNA är mycket signifikant: till exempel innehåller RNA från den lilla subenheten av den bakteriella ribosomen mer än 1500 nukleotider, och RNA från den stora subenheten innehåller cirka 3000 nukleotider. Hos däggdjur, inklusive människor, är dessa RNA ännu större - cirka 1900 nukleotider och mer än 5000 nukleotider i de små respektive stora underenheterna.

Det har visat sig att isolerade ribosomala RNA, separerade från sina proteinpartners och erhållna i ren form, själva är kapabla att spontant vikas till kompakta strukturer som liknar ribosomala subenheter i storlek och form]. Formen på de stora och små subpartiklarna är olika, och följaktligen skiljer sig formen på de stora och små ribosomala RNA:erna (Fig. 4). Således, linjära kedjor av ribosomalt RNA självorganiseras i specifika rumsliga strukturer som bestämmer storleken, formen och, uppenbarligen, den inre strukturen av ribosomala subpartiklar, och följaktligen av hela ribosomen.

Mindre RNA. När komponenterna i en levande cell och enskilda fraktioner av totalt cellulärt RNA studerades, blev det tydligt att frågan inte var begränsad till de tre huvudtyperna av RNA. Det visade sig att det i naturen finns många andra typer av RNA. Dessa är för det första de så kallade "små RNA", som innehåller upp till 300 nukleotider, ofta med okända funktioner. Som regel är de associerade med ett eller flera proteiner och finns i cellen som ribonukleoproteiner - "små RNP".

Små RNA finns i alla delar av cellen, inklusive cytoplasman, kärnan, nukleolen och mitokondrierna. De flesta av de små RNP vars funktioner är kända är involverade i mekanismerna för posttranskriptionell bearbetning av huvudtyperna av RNA (RNA-bearbetning) - transformationen av mRNA-prekursorer till mogna mRNA (skarvning), mRNA-redigering, tRNA-biogenes och mognad av ribosomala RNA. En av de vanligaste typerna av små RNP (SRP) i celler spelar en nyckelroll i transporten av syntetiserade proteiner över cellmembranet. Det finns kända typer av små RNA som utför regulatoriska funktioner vid translation. Ett speciellt litet RNA är en del av det viktigaste enzymet som ansvarar för att upprätthålla DNA-replikation i cellgenerationer - telomeras. Det bör sägas att deras molekylstorlekar är jämförbara med storlekarna på cellulära globulära proteiner. Således blir det gradvis uppenbart att en levande cells funktion inte bara bestäms av mängden proteiner som syntetiseras i den, utan också av närvaron av en rik uppsättning av olika RNA, av vilka små RNA till stor del imiterar kompaktheten och storleken hos proteiner.

Ribozymes. Allt aktivt liv är byggt på ämnesomsättning - ämnesomsättning, och alla biokemiska reaktioner av ämnesomsättning sker i de hastigheter som är lämpliga för livet endast tack vare högeffektiva specifika katalysatorer skapade av evolutionen. I många decennier har biokemister varit övertygade om att biologisk katalys alltid och överallt utförs av proteiner som kallas enzymer, eller enzymer. Och så 1982-1983. det visades att det i naturen finns typer av RNA, som liksom proteiner har mycket specifik katalytisk aktivitet [ , ]. Sådana RNA-katalysatorer har kallats ribozymer. Idén om proteiners exklusivitet i katalysen av biokemiska reaktioner tog slut.

För närvarande anses ribosomen också vara ett ribozym. Alla tillgängliga experimentella data indikerar faktiskt att syntesen av proteinpolypeptidkedjan i ribosomen katalyseras av ribosomalt RNA och inte av ribosomala proteiner. En katalytisk region av stort ribosomalt RNA som ansvarar för katalys av transpeptideringsreaktionen, genom vilken proteinpolypeptidkedjan förlängs under translation, har identifierats.

När det gäller replikeringen av viralt DNA, skiljer sig dess mekanism inte mycket från redupliceringen av det genetiska materialet - DNA - i själva cellen. När det gäller viralt RNA realiseras processer som är undertryckta eller helt frånvarande i normala celler, där allt RNA syntetiseras endast på DNA som mall. När man är infekterad med RNA-innehållande virus kan situationen vara dubbel. I vissa fall syntetiseras DNA på viralt RNA som en mall ("omvänd transkription"), och många kopior av viralt RNA transkriberas på detta DNA. I andra, mest intressanta fall för oss, syntetiseras en komplementär RNA-kedja på viralt RNA, som fungerar som en mall för syntesen - replikationen - av nya kopior av viralt RNA. Under infektion med RNA-innehållande virus realiseras således RNA:s grundläggande förmåga att bestämma reproduktionen av sin egen struktur, vilket är fallet med DNA.

Multifunktionalitet av RNA. Genom att sammanfatta och granska kunskapen om RNA:s funktioner kan vi tala om den extraordinära multifunktionaliteten hos denna polymer i naturen. Följande lista över de viktigaste kända funktionerna hos RNA kan ges.

Genetisk replikativ funktion: strukturell förmåga att kopiera (replikera) linjära sekvenser av nukleotider genom komplementära sekvenser. Funktionen realiseras i virusinfektioner och liknar huvudfunktionen hos DNA i cellulära organismers liv - reduplicering av genetiskt material.

Kodningsfunktion: programmering av proteinsyntes genom linjära sekvenser av nukleotider. Detta är samma funktion som DNA. I både DNA och RNA kodar samma nukleotidtripletter för 20 aminosyror av proteiner, och sekvensen av tripletter i en nukleinsyrakedja är ett program för sekventiellt arrangemang av 20 typer av aminosyror i en proteinpolypeptidkedja.

Strukturbildande funktion: bildning av unika tredimensionella strukturer. Kompakt vikta små RNA-molekyler liknar i grunden de tredimensionella strukturerna hos globulära proteiner, medan längre RNA-molekyler också kan bilda större biologiska partiklar eller deras kärnor.

Igenkänningsfunktion: mycket specifika rumsliga interaktioner med andra makromolekyler (inklusive proteiner och andra RNA) och med små ligander. Denna funktion är kanske den viktigaste i proteiner. Den är baserad på en polymers förmåga att vika sig på ett unikt sätt och bilda specifika tredimensionella strukturer. Igenkänningsfunktionen är grunden för specifik katalys.

Katalytisk funktion: specifik katalys av kemiska reaktioner av ribozymer. Denna funktion liknar den enzymatiska funktionen hos enzymproteiner.

I allmänhet framstår RNA för oss som en sådan fantastisk polymer att det verkar som om varken tiden för universums utveckling eller Skaparens intellekt borde ha varit tillräckligt för dess uppfinning. Som kan ses kan RNA utföra funktionerna hos båda polymererna som är fundamentalt viktiga för livet - DNA och proteiner. Det är inte förvånande att frågan uppstod före vetenskapen: kunde uppkomsten och självförsörjande existensen av RNA-världen föregå uppkomsten av liv i dess moderna DNA-proteinform?

LIVETS URSPRUNG

Protein-koacervatteori för Oparin. Kanske den första vetenskapliga, genomtänkta teorin om livets ursprung på ett abiogent sätt föreslogs av biokemisten A.I. Oparin tillbaka på 20-talet av förra seklet [,]. Teorin byggde på föreställningen att allt började med proteiner, och på möjligheten, under vissa förhållanden, till spontan kemisk syntes av proteinmonomerer - aminosyror - och proteinliknande polymerer (polypeptider) på ett abiogent sätt. Publiceringen av teorin stimulerade många experiment i ett antal laboratorier runt om i världen, som visade verkligheten av en sådan syntes under artificiella förhållanden. Teorin blev snabbt allmänt accepterad och utomordentligt populär.

Dess huvudsakliga postulat var att proteinliknande föreningar som spontant uppstod i den primära "buljongen" kombinerades "till koacervata droppar - separata kolloidala system (soler) som flyter i en mer utspädd vattenlösning. Detta gav huvudförutsättningen för uppkomsten av organismer - den isolering av ett visst biokemiskt system från miljön, dess uppdelning. Eftersom vissa proteinliknande föreningar av koacervatdroppar kunde ha katalytisk aktivitet, blev det möjligt att genomgå biokemiska syntesreaktioner inuti dropparna - det fanns ett sken av assimilering, och därav tillväxten av koacervatet med dess efterföljande sönderfall i delar - reproduktion, koacervat betraktades som en prototyp av en levande cell (fig. 5).

Allt var genomtänkt och vetenskapligt underbyggt i teorin, förutom ett problem, som länge blundade för nästan alla experter på området för livets uppkomst. Om enstaka framgångsrika konstruktioner av proteinmolekyler (till exempel effektiva katalysatorer som ger en fördel för detta koacervat i tillväxt och reproduktion) uppstod spontant, med hjälp av slumpmässiga mallfria synteser i ett koacervat, hur skulle de kunna kopieras för distribution inom koacervatet , och ännu mer för överföring till efterkommande koacervat? Teorin har inte kunnat erbjuda en lösning på problemet med exakt reproduktion - inom koacervatet och i generationer - av enstaka, slumpmässigt uppträdande effektiva proteinstrukturer.

RNA-världen som en föregångare till det moderna livet. Ackumuleringen av kunskap om den genetiska koden, nukleinsyror och proteinbiosyntes ledde till godkännandet av en fundamentalt ny idé om TOM, att allt började inte med proteiner alls, utan med RNA [ - ]. Nukleinsyror är den enda typen av biologiska polymerer vars makromolekylära struktur, på grund av principen om komplementaritet i syntesen av nya kedjor (för mer information, se), ger möjligheten att kopiera sin egen linjära sekvens av monomerenheter, med andra ord, förmågan att reproducera (reproducera) polymeren, dess mikrostruktur. Därför kan endast nukleinsyror, men inte proteiner, vara genetiskt material, det vill säga reproducerbara molekyler som upprepar sin specifika mikrostruktur i generationer.

Av ett antal anledningar är det RNA, och inte DNA, som kan representera det primära genetiska materialet.

För det första, i både kemisk syntes och biokemiska reaktioner föregår ribonukleotider deoxiribonukleotider; deoxiribonukleotider är produkter av modifiering av ribonukleotider (se fig. 2).

För det andra, i de äldsta, universella processerna för vital metabolism är det ribonukleotider, och inte deoxiribonukleotider, som är brett representerade, inklusive de viktigaste energibärarna som ribonukleosidpolyfosfater (ATP, etc.).

För det tredje, RNA-replikation kan ske utan inblandning av DNA, och mekanismen för DNA-replikation, även i den moderna levande världen, kräver obligatoriskt deltagande av en RNA-primer i initieringen av DNA-kedjesyntes.

Fjärde, Genom att ha samma mall och genetiska funktioner som DNA kan RNA också utföra ett antal funktioner som är inneboende i proteiner, inklusive katalys av kemiska reaktioner. Det finns alltså all anledning att betrakta DNA som ett senare evolutionärt förvärv – som en modifiering av RNA, specialiserat för att utföra funktionen att reproducera och lagra unika kopior av gener i det cellulära genomet utan direkt deltagande i proteinbiosyntesen.

Efter att katalytiskt aktiva RNA upptäcktes fick idén om RNAs företräde i livets ursprung en stark drivkraft för utveckling, och konceptet formulerades. självförsörjande RNA-världen, föregå det moderna livet [ , ]. Ett möjligt schema för uppkomsten av RNA-världen visas i fig. 6.

Den abiogena syntesen av ribonukleotider och deras kovalenta association till oligomerer och polymerer av RNA-typ kunde ske under ungefär samma förhållanden och i samma kemiska miljö som postulerades för bildandet av aminosyror och polypeptider. Nyligen har A.B. Chetverin et al (Protein Institute, Russian Academy of Sciences) visade experimentellt att åtminstone vissa polyribonukleotider (RNA) i ett vanligt vattenhaltigt medium är kapabla till spontan rekombination, det vill säga utbyte av kedjesegment, genom trans-esterifiering. Utbytet av kortkedjiga segment mot långa bör leda till förlängning av polyribonukleotider (RNA), och sådan rekombination i sig bör bidra till den strukturella mångfalden av dessa molekyler. Katalytiskt aktiva RNA-molekyler kan också uppstå bland dem.

Även det extremt sällsynta uppträdandet av enstaka RNA-molekyler som kunde katalysera polymerisationen av ribonukleotider eller splitsningen av oligonukleotider på en komplementär kedja som på en mall [ , ] betecknade bildandet av mekanismen för RNA-replikation. Replikationen av själva RNA-katalysatorerna (ribozymer) borde ha resulterat i uppkomsten av självreplikerande RNA-populationer. Genom att göra kopior av sig själva multiplicerade RNA:t. De oundvikliga felen i kopiering (mutation) och rekombination i självreplikerande RNA-populationer skapade en ständigt ökande mångfald av denna värld. Så är den förmodade antika världen av RNA "en självförsörjande biologisk värld där RNA-molekyler fungerade både som genetiskt material och som enzymliknande katalysatorer" .

Uppkomsten av proteinbiosyntes. Vidare, på basis av RNA-världen, bildandet av proteinbiosyntesmekanismer, uppkomsten av olika proteiner med ärvda struktur och egenskaper, uppdelningen av proteinbiosyntessystem och proteinuppsättningar, möjligen i form av koacervat, och utvecklingen av senare in i cellulära strukturer - levande celler (se fig. 6) borde ha ägt rum. ).

Problemet med övergången från den antika världen av RNA till den moderna proteinsyntetiseringsvärlden är det svåraste även för en rent teoretisk lösning. Möjligheten till abiogen syntes av polypeptider och proteinliknande ämnen hjälper inte till att lösa problemet, eftersom det inte finns något specifikt sätt på vilket denna syntes kan associeras med RNA och falla under genetisk kontroll. Den genetiskt kontrollerade syntesen av polypeptider och proteiner måste utvecklas oberoende av den primära abiogena syntesen, på sitt eget sätt, på basis av den redan existerande RNA-världen. Flera hypoteser för ursprunget till den moderna mekanismen för proteinbiosyntes i RNA-världen har föreslagits i litteraturen, men kanske kan ingen av dem anses vara genomtänkt och felfri när det gäller fysikalisk-kemiska förmågor. Jag kommer att presentera min version av processen för evolution och specialisering av RNA, vilket leder till uppkomsten av apparaten för proteinbiosyntes (Fig. 7), men den låtsas inte vara komplett.

Det föreslagna hypotetiska schemat innehåller två väsentliga punkter som verkar vara grundläggande.

För det första, det antas att abiogent syntetiserade oligoribonukleotider aktivt rekombinerar genom mekanismen av spontan icke-enzymatisk transesterifiering, vilket leder till bildandet av förlängda RNA-kedjor och ger upphov till deras mångfald. Det är på detta sätt som både katalytiskt aktiva typer av RNA (ribozymer) och andra typer av RNA med specialiserade funktioner kan uppträda i populationen av oligonukleotider och polynukleotider (se fig. 7). Dessutom skulle icke-enzymatisk rekombination av oligonukleotiders komplementär bindning till en polynukleotidmall kunna tillhandahålla tvärbindning (skarvning) av fragment som är komplementära till denna mall till en enda kedja. Det är på detta sätt, och inte genom den katalyserade polymerisationen av mononukleotider, som primär kopiering (förökning) av RNA kunde utföras. Naturligtvis, om ribozymer uppträdde som hade polymerasaktivitet, var effektiviteten (noggrannhet, hastighet och produktivitet) för kopiering på en komplementär basis. matrisen borde ha ökat avsevärt.

Andra Den grundläggande poängen i min version är att den primära apparaten för proteinbiosyntes uppstod på basis av flera typer av specialiserat RNA före tillkomsten av apparaten för enzymatisk (polymeras) replikering av genetiskt material - RNA och DNA. Denna primära apparat innefattade ett katalytiskt aktivt proribosomalt RNA med peptidyltransferasaktivitet; en uppsättning pro-tRNA som specifikt binder aminosyror eller korta peptider; ett annat proribosomalt RNA som kan interagera samtidigt med katalytiskt proribosomalt RNA, pro-mRNA och pro-tRNA (se fig. 7). Ett sådant system skulle redan kunna syntetisera polypeptidkedjor på grund av den transpeptideringsreaktion som katalyseras av det. Bland andra katalytiskt aktiva proteiner - primära enzymer (enzymer) - uppträdde proteiner som katalyserar polymerisationen av nukleotider - replikaser eller NK-polymeraser.

Det är dock möjligt att hypotesen om den antika RNA-världen som föregångaren till den moderna levande världen aldrig kommer att kunna få tillräcklig motivering för att övervinna huvudsvårigheten - en vetenskapligt rimlig beskrivning av övergångsmekanismen från RNA och dess replikering till proteinbiosyntes. Det finns en attraktiv och genomtänkt alternativ hypotes om A.D. Altshtein (Institute of Gene Biology, Russian Academy of Sciences), som postulerar att replikeringen av genetiskt material och dess translation - proteinsyntes - uppstod och utvecklades samtidigt och konjugerades, med början i interaktionen av abiogeniskt syntetiserade oligonukleotider och aminoacyl-nukleotidylater - blandade anhydrider av aminosyror och nukleotider. Men det är nästa historia... "Och Scheherazade fångade morgonen, och hon stoppade det tillåtna talet".)

Litteratur

. Watson J.D., Crick F.H.C. Nukleinsyrors molekylära struktur // Natur. 1953. V. 171. S. 738-740.

. Watson J.D., Crick F.H.C. Genetiska implikationer av strukturen av deoxiribosnukleinsyra // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Spirin A.S. Modern biologi och biologisk säkerhet // Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 1997. Nr 7.

. Spirin A.S. Om makromolekylär struktur av naturlig högpolymer ribonukleinsyra i lösning // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. et al. Tredimensionell tertiär struktur av jäst fenylalanin överföring RNA // Vetenskap. 1974. V. 185. S. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. et al. Struktur av jäst fenylalanin tRNA vid 3 A upplösning // Natur. 1974. V. 250. S. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Självorganisering av ribosomalt RNA // Ribosomers struktur, funktion och genetik / Eds. Hardesty B. och Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986, s. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A. Den mångfaldiga världen av små ribonukleoproteiner // The RNA World / Eds. Gesteland R.F. och Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, s. 359-381.

. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. et al. Självsplitsande RNA: Autoexcision och autocyklisering av det ribosomala RNA:ts mellanliggande sekvens av Tetrahymena

. Bartel D.P., Szostak J.W. Isolering av nya ribozymer från en stor pool av slumpmässiga sekvenser // Vetenskap. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. RNA-katalyserad RNA-polymerisation med hjälp av nukleosidtrifosfater // Nature. 1996 V. 382. S. 373-376.

. Orgel L.E. Livets ursprung - en genomgång av fakta och spekulationer //Trender i biokemiska vetenskaper. 1998. V. 23. sid. 491-495.

. Altstein A.D. Det genetiska systemets ursprung: progenhypotesen // Molecular Biology. 1987. T. 21. S. 309-322.

Spirin Alexander Sergeevich - Akademiker, chef för Institutet för proteinforskning vid den ryska vetenskapsakademin, medlem av presidiet för den ryska vetenskapsakademin.

Först några allmänna bestämmelser.

Hela programmet av kemiska processer i kroppen registreras i DNA - det molekylära förrådet av genetisk information. Vanligtvis avbildas flödet av denna information av schemat: DNA RNA PROTEIN, som visar processen att översätta det genetiska språket för nukleotidsekvenser till aminosyrasekvenser. DNA-RNA-schemat betecknar biosyntesen av RNA-molekyler, vars nukleotidsekvens är komplementär till någon sektion (gen) av DNA-molekylen. Denna process kallas vanligtvis transkription. Således syntetiseras tRNA, rRNA, mRNA. Beteckningen RNA PROTEIN uttrycker biosyntesen av polypeptidkedjor, vars aminosyrasekvens bestäms av nukleotidsekvensen för mRNA med deltagande av tRNA och rRNA. Denna process kallas översättning. Båda processerna äger rum med deltagande av många proteiner som utför katalytiska och icke-katalytiska funktioner.

biosyntes av RNA.

För syntes av alla typer av RNA (p, t, m) används endast en typ av enzym: DNA - beroende RNA - polymeras, som inkluderar en tätt bunden zinkjon. Beroende på vilken typ av RNA som syntetiseras, isoleras RNA-polymeras 1 (katalyserar syntesen av rRNA), RNA-polymeras 2 (mRNA) och RNA-polymeras 3 (tRNA). I mitokondrier hittades en annan typ - RNA - polymeras 4. Molekylvikterna för alla typer av RNA-polymeraser ligger i intervallet 500 000 - 600 000. All syntes sker i enlighet med informationen som finns i motsvarande DNA-gener. Från vilken källa RNA-polymerasenzymet än skulle vara isolerat (från djur, växter, bakterier), är följande egenskaper för in vivo-funktion karakteristiska för det: 1) Trifosfonukleosider används, och inte di- och icke-monofosfonukleosider. 2) För optimal aktivitet behövs en co-faktor - en magnesiumjon. 3) Enzymet använder endast en DNA-sträng som mall för syntesen av en komplementär kopia av RNA (vilket är anledningen till att syntesen är matris). Sekventiell addition av nukleotider sker på ett sådant sätt att kedjan växer från 5` till 3` ände (5` - 3` polymerisation):

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

5) En frödel av RNA kan användas för att starta syntesen:

Nukleosidtrifosfat

(RNA)n-rester (RNA)n + 1 + PF

RNA - polymeras

Samtidigt kan polymerisation fortgå (oftare det händer) utan ett frö, med endast ett nukleosidtrifosfat istället för en frödel (som regel är det ATP eller GTP).

6) Under denna polymerisation kopierar enzymet endast en DNA-sträng och rör sig längs mallen i 3' - 5'-riktningen. Valet av den kopierade kedjan är inte av misstag.

7) Mall-DNA-kedjan innehåller RNA-syntesinitieringssignaler för enzymet beläget vid vissa positioner före genstart och syntesavslutningssignaler belägna efter slutet av genen eller gruppen av gener.

8) För de processer som beskrivs ovan kan det krävas supercoiled DNA, vilket hjälper till att känna igen signalerna för initiering och avslutning av syntes och underlättar bindningen av RNA-polymeras till mallen.

RNA-polymeras är ett oligomert enzym som består av 5 subenheter: alfa, alfa`, beta, beta`, gamma. Vissa subenheter motsvarar vissa funktioner: till exempel är beta-subenheten involverad i bildandet av en fosfodiesterbindning, gamma-subenheten är involverad i igenkänningen av startsignalen.

Den DNA-region som är ansvarig för den initiala bindningen av RNA-polymeras kallas en promotor och innehåller 30–60 kvävehaltiga baspar.

Syntes av RNA under verkan av DNA - beroende RNA - polymeras sker i 3 steg: initiering, förlängning, avslutning.

1) Initiering - gamma-subenheten, som är en del av RNA-polymeraset, bidrar inte bara till "igenkänningen" av promotorsektionerna av DNA, utan binder också direkt i regionen av TATA-sekvensen. Förutom det faktum att TATA-regionen är en signal för igenkänning, kan den också ha den lägsta styrkan av vätebindningar, vilket underlättar "avvecklingen" av DNA-strängar. Det finns bevis för att cAMP också är involverad i stimuleringen av denna process. Gamma-subenheten av RNA-polymeras deltar också i öppningen av DNA-dubbelhelixen. I detta fall fungerar en av DNA-strängarna som en mall för syntesen av en ny RNA-sträng. Och så snart denna syntes börjar separeras gamma-subenheten från enzymet, och i framtiden ansluter den till en annan enzymmolekyl för att delta i en ny transkriptionscykel. "Avlindning" av DNA sker när RNA-polymeras rör sig längs den kodande strängen. Det är nödvändigt för korrekt bildning av komplementära par med nukleotider infogade i RNA-kedjan. Storleken på den otvinnade DNA-sektionen är konstant genom hela processen och är cirka 17 baspar per RNA-polymerasmolekyl. Samma kodningskedja kan läsas samtidigt av flera RNA-polymerasmolekyler, men processen regleras på ett sådant sätt att varje RNA-polymerasmolekyl vid varje givet ögonblick transkriberar olika sektioner av DNA. Samtidigt kännetecknas DNA-beroende RNA-polymeras 3, som syntetiserar tRNA, av "igenkänning" av den interna promotorn.

2) Förlängning, eller fortsättning av syntes, utförs av RNA-polymeras, men redan i form av en tetramer, eftersom Gamma-subenheten har redan kluvit av. Den nya strängen växer genom sekventiell addition av ribonukleotider till den fria 3'-hydroxigruppen. Synteshastigheten av till exempel serumalbumin-mRNA är upp till 100 nukleotider per sekund. Till skillnad från DNA-polymeras (som vi kommer att diskutera nedan), kontrollerar RNA-polymeras inte riktigheten av den nybildade polynukleotidkedjan. Felfrekvensen i RNA-syntes är 1:1 000 000.

3) Terminering - proteinfaktorn r (ro) är inblandad här. Det är inte en del av RNA-polymeras. Den känner troligen igen terminatorsekvensen för nukleotider på mallen genom en av mekanismerna för interaktion mellan gamma-subenheten och promotorn. Terminatorn innehåller också cirka 30–60 baspar och slutar med en serie AT–par, även om det för vissa RNA har noterats att termineringssignalerna är 1000–2000 baser bortsett från den kodande genen. Det är möjligt att en av polymeraspartiklarna också är involverad i igenkänningen av terminatorsekvensen. I detta fall stoppas RNA-syntesen och den syntetiserade RNA-molekylen lämnar enzymet. De flesta av de RNA-molekyler som syntetiseras på detta sätt är inte biologiskt aktiva. De är snarare prekursorer som måste utvecklas till mogna former genom olika reaktioner. Detta kallas bearbetning. Sådana reaktioner är: (1) Fragmentering av långkedjiga prekursorer (dettare kan från 1 till 3 tRNA bildas från ett transkript). (2) Att fästa nukleotider till ändarna. (3) Specifik modifiering av nukleotider (metylering, sulfonering, deaminering, etc.).

mRNA-bearbetning har en annan funktion. Det visade sig att ibland bryts informationen som kodar för AK - en sekvens i generna av icke-kodande sekvenser, d.v.s. "gener slitna". Men under transkriptionen kopieras hela den "trasiga" genen. I detta fall, under bearbetningen av endonukleaser, eller de kallas restriktionsenzymer, skärs icke-kodande regioner (introner) ut. För närvarande har mer än 200 av dem isolerats.Restriktionsenzymer klyver bindningar (beroende på typen av enzym) mellan strikt definierade nukleotider (till exempel G - A, T - A, etc.). Ligaserna tvärbinder sedan de kodande regionerna (exoner). De flesta av de sekvenser vars transkript finns i mogna mRNA bryts i genomet från en till 50 gånger av icke-kodande regioner (introner). I allmänhet är introner mycket längre än exoner. Funktionerna hos introner har inte fastställts exakt. Kanske tjänar de till att fysiskt separera exoner för att optimera genetiska omarrangemang (rekombinationer). Det finns också malllös RNA-syntes. Denna process katalyseras av enzymet polynukleotidfosforylas: nuklDF + (nuklMF) n (nuklMF) n + 1 + Fk. Detta enzym kräver ingen mall och syntetiserar inte en polymer med en specifik polynukleotidsekvens. Han behöver bara RNA-kedjan som ett frö. Ett antal antibiotika (cirka 30) har en hämmande effekt på processen för RNA-syntes. Det finns två mekanismer här: (1) bindning till RNA-polymeras, vilket leder till enzyminaktivering (t.ex. rifamycin binder till b-enheten). (2) Antibiotika kan binda till mall-DNA och blockera antingen bindningen av enzymet till mallen eller rörelsen av RNA-polymeras längs DNA:t (till exempel aktinomycin D).

biosyntes av DNA.

Den genetiska informationen som finns i en kromosoms DNA kan överföras antingen genom exakt replikation eller genom rekombination, transposition och omvandling:

1) Rekombination Två homologa kromosomer utbyter genetiskt material.

2) Transposition - förmågan att flytta gener längs en kromosom eller mellan kromosomer. Det kan spela en viktig roll i celldifferentiering.

3) Omvandling - identiska sekvenser av kromosomer kan bilda slumpmässiga par, och felmatchade sektioner tas bort.

4) Replikation (detta är huvudtypen av DNA-syntes), det vill säga reproduktion av "sitt eget slag".

Den huvudsakliga funktionella betydelsen av replikation är tillförseln av genetisk information till avkomman. Det huvudsakliga enzymet som katalyserar DNA-syntes är DNA-polymeras. Flera typer av DNA-polymeras har isolerats: 1) alfa - (isolerad från kärnan) - detta är det huvudsakliga enzymet associerat med kromosomreplikation. 2) beta - (även lokaliserad i kärnan) - uppenbarligen är de involverade i reparations- och rekombinationsprocesser. 3) gamma - (lokaliserad i mitokondrier) - troligen involverad i replikeringen av mitokondriellt DNA. Följande villkor är nödvändiga för att DNA-polymeras ska fungera: 1) alla fyra deoxiribonukleotiderna (dATP, dGTP, dCTP och TTP) måste finnas i mediet; 2) för optimal aktivitet behövs en kofaktor: manganjoner; 3) närvaron av kopierat dubbelsträngat DNA är nödvändig; 4) nukleotider är fästa i riktningen 5' - 3' (5' - 3' - polymerisation); 5) replikering börjar i ett strikt definierat område och fortsätter samtidigt i båda riktningarna med ungefär samma hastighet; 6) för att starta syntesen kan antingen ett DNA-fragment eller ett RNA-fragment användas som en frödel, i motsats till RNA-syntes, där syntes från individuella nukleotider är möjlig; 7) replikering kräver en supercoiled DNA-molekyl. Men om, som vi sa ovan, transkription (d.v.s. RNA-syntes) kräver RNA-polymeras (med en gamma-subenhet för igenkänning och bindning till promotorn) och ett termineringssignaligenkänningsprotein (faktor r), under DNA-replikation, verkan av DNA-polymeras kompletterar flera (cirka 10) proteiner, varav några är enzymer. Dessa ytterligare proteiner bidrar till:

1) igenkänning av ursprunget för replikation av DNA-polymeras.

2) Lokal avlindning av DNA-duplexet, vilket frigör enkelsträngar för mallkopiering.

3) Stabilisering av den smälta strukturen (otvinnad).

4) Bildning av frökedjor för att initiera verkan av DNA-polymeras.

5) Deltar i bildandet och främjandet av replikeringsgaffeln.

6) Främjar erkännande av uppsägningsplatser.

7) Främjar DNA-supercoiling.

Vi har specificerat alla nödvändiga villkor för DNA-replikation. Och så, som redan nämnts, börjar DNA-replikation på en strikt definierad plats. Avvecklingen av föräldra-DNA kräver energi som frigörs genom ATP-hydrolys. Två molekyler ATP används för att separera varje par av AO. Syntesen av nytt DNA är associerad med den samtidiga avvecklingen av föräldra-DNA. Platsen där både avveckling och syntes sker kallas "replikeringsgaffeln":

Förälders DNA

Nysyntetiserat DNA

DNA-replikation sker på ett sådant sätt att varje sträng av det förälderns 2-strängade DNA är en mall för syntesen av en ny komplementär sträng, och två strängar (den ursprungliga och nysyntetiserade) kombineras för att bilda nästa generationer av DNA. Denna mekanism kallas semikonservativ replikering. DNA-replikation sker samtidigt på 2 strängar och fortsätter, som redan nämnts, i 5' - 3'-riktningen. Men kedjorna av föräldrarnas DNA går åt olika håll. Det finns dock inget enzym som leder DNA-syntes i 3'-5'-riktningen. Därför kommer en sträng som kopierar modersträngen med en 5`-3` riktning att syntetiseras kontinuerligt (den kallas "ledande"), den andra strängen kommer också att syntetiseras i 5`-3` riktningen, men i fragment om 150 -200 nukleotider, som sedan smälts samman. Denna kedja kallas "lagging".

För att påbörja syntesen av nytt DNA behövs ett frö. Vi har redan sagt att fröet kan vara ett fragment av DNA eller RNA. Om RNA fungerar som ett frö, så är detta en mycket kort kedja, den innehåller cirka 10 nukleotider och kallas en primer. Syntetiserar en primer som är komplementär till en av DNA-strängarna, ett speciellt enzym - primas. Signalen för primasaktivering är bildandet av ett pre-priming intermediärt komplex bestående av 5 proteiner. Den 3'-terminala gruppen (hydroxylgruppen i den terminala ribonukleotiden av primern) fungerar som ett frö för DNA-syntes under verkan av DNA-polymeras. Efter DNA-syntes hydrolyseras RNA-komponenten (primern) av DNA-polymeras.

Arbetet med DNA-polymeraser styrs av matrisen, det vill säga nukleotidsammansättningen av det nysyntetiserade DNA:t beror på matrisens natur. I sin tur tar DNA-polymeras alltid bort icke-komplementära rester i slutet av primern innan polymeriseringen fortsätter. Således fortskrider DNA-replikationen med stor precision, eftersom basparning kontrolleras två gånger. DNA-polymeraser kan bygga upp kedjorna av nysyntetiserat DNA, men kan inte katalysera kopplingen av 2 DNA-strängar eller stänga en sträng (under bildandet av cirkulärt DNA). Dessa funktioner utförs av DNA-ligas, som katalyserar bildandet av en fosfodiesterbindning mellan 2 DNA-strängar. Detta enzym är aktivt i närvaro av en fri OH-grupp vid 3'-änden av en DNA-sträng och en fosfatgrupp vid 5'-änden av en annan DNA-sträng. Tvärbindning av kedjor uppstår på grund av energin av ATP. Eftersom många kemiska och fysikaliska ämnen (joniserande strålning, UV-strålning, olika kemikalier) orsakar skador i DNA (AOs förändras eller förloras, fosfodiesterbindningar bryts etc.) har alla celler mekanismer för att korrigera dessa skador. Restriktions-DNA hittar dessa skador och skär ut det skadade området, DNA-polymeras utför reparation (återställande) syntes av skadade områden i 5' - 3'-riktningen. Det reparerade stället ligeras till resten av kedjan med DNA-ligas. Denna metod för att reparera förändrade eller skadade områden kallas reparation. Listan över DNA-replikationshämmare är lång och varierad. Vissa binder till DNA-polymeras, inaktiverar det, andra binder och inaktiverar ett visst hjälpblock, andra introduceras i matris-DNA, vilket stör dess kopieringsförmåga, och andra fungerar som kompetitiva hämmare, som representerar en analog av normala nukleotidtrifosfater. Sådana hämmare är vissa antibiotika, mutagener, kemiska gifter, antivirala medel, etc.

Proteinbiosyntes (genöversättning).

Sammansättningen av en polypeptidkedja från dess beståndsdelar AA är en fantastisk och mycket komplex process som kan föreställas ske i fyra steg, nämligen:

1) aktivering och val av AK (ATP-beroende steg);

2) initiering av syntesen av polypeptidkedjan (GTP-beroende steg);

3) förlängning av polypeptidkedjan (GTP-beroende steg);

4) terminering av syntesen av polypeptidkedjan.

(1) – aktivering och val av AA. I alla celltyper är det första steget av translation den ATP-beroende transformationen av varje AA till ett komplex: aminoacyl-tRNA. Detta uppnår två mål:

1) reaktiviteten hos AA ökar när det gäller bildandet av en peptidbindning.

2) AA binder till ett specifikt tRNA (det vill säga selektion sker). Reaktionen går i 2 steg + Mg++

1) AA + ATP aminoacyl - AMP + PF

aminoacyl-tRNA-syntetas

2) aminoacyl-AMP + tRNA aminoacyl-tRNA

aminoacyl-tRNA-syntetas

Aminoacyl-tRNA-syntetas katalyserar tillägget av en aminoacyl (aminosyrarest) till 3'-hydroxylgruppen i terminalt adenosin. Låt oss komma ihåg strukturen för tRNA:

Denna arm är nödvändig, denna arm är involverad i bindningen av aminoacyl-

För igenkänning av tRNA tRNA med ribosomen vid platsen för proteinsyntes.

Aminoacyl-tRNA-

Petidas

antikodon

Förutom katalytisk aktivitet har aminoacyl-tRNA-syntetas en mycket hög specificitet, som "känner igen" både aminosyror och deras motsvarande tRNA. Det antas att celler innehåller 20 syntetaser - en för varje AA, medan tRNA är mycket större (minst 31-32), eftersom många AA kan kombineras med två eller till och med tre olika tRNA-molekyler.

(2) Initiering är det andra steget i proteinsyntesen.

För att starta translation är den exakta igenkänningen av det första kodonet, lokaliserat omedelbart efter den otranslaterade mRNA-sekvensen, nödvändig. Initiatorkodonet är AUG och initiatorn är metionin-tRNA

mRNA inte översatt översatt inte översatt

sekvenssekvens

1:a kodonet.

Igenkänning sker med hjälp av tRNA-antikodonet. Avläsning sker i riktningen 5` - 3`. Detta erkännande kräver en ordnad, energikrävande (GTP) interaktion med dissocierade ribosomer. Denna process sker med deltagande av ytterligare proteiner, som kallas initieringsfaktorer (FI), det finns 8 av dem. Ribosomernas 40S och 60S subenheter är involverade i processen. Låt oss överväga den detaljerade initieringsmekanismen.

1) 40S - rRNA-subenhet binder till mRNA-regionen som föregår det första kodonet. FI-3 deltar i detta.

2) Det första aminoacyl-tRNA som är involverat i translationen av det första kodonet interagerar med GMP och FI-2. Detta resulterande komplex, i närvaro av PI-1, fäster tRNA till det första kodonet av mallen och bildar ett initieringskomplex med 40S-subenheten av ribosomen.

3) Efter frisättningen av alla initieringsfaktorer (FI-1,2,3) fästs 60S-subenheten av ribosomen till GTP och GTP hydrolyseras. Detta fullbordar bildandet av en komplett 80S-partikel av ribosomen. sålunda bildas ett fullständigt initieringskomplex: ribosom - mRNA - tRNA.

En helt sammansatt ribosom innehåller 2 funktionella ställen för interaktion med tRNA-molekyler. Peptidyl-ställe (P-ställe) - innehåller en växande polypeptidkedja som en del av peptidyl-tRNA i komplex med det sista protranslaterade mRNA-kodonet. Aminoacylstället (A-stället) innehåller ett aminoacyl-tRNA kopplat till motsvarande kodon, aminoacyl-tRNA:t går in i det framväxande P-stället och lämnar A-stället fritt för nästa Aminoacyl-tRNA.

Schematiskt kan vi representera hela denna process enligt följande:

1) 40S-subenheten av ribosomen, med deltagande av PI-3, fästs till den icke-translaterande mRNA-sekvensen omedelbart före det första kodonet.

2) aminoacyl-tRNA, binder till GTP och PI-2 och, med deltagande av PI-1, förenar det första kodonet, samtidigt som det bildar ett initieringskomplex med 40S-subenheten.

3) det finns en release av FI-1,2,3.

4) 60S-subenheten interagerar med GTP och fäster sedan till initiatorkomplexet. En komplett 80S-ribosom bildas, som har ett P-ställe och ett A-ställe.

5) efter bildandet av initieringskomplexet med det första kodonet kommer aminoacyl-tRNA in i det framväxande P-stället och lämnar A-stället fritt.

(3) Förlängning - fortsättning av syntes. I detta skede är peptidkedjan förlängd. I 80S-ribosomen helt bildad vid initieringsstadiet är A-stället fri. I själva verket, under förlängningsprocessen, upprepas en cykel med 3 steg ständigt:

1) Den korrekta placeringen av nästa aminoacyl-tRNA.

2) bildande av en peptidbindning.

3) förflyttning av det nybildade peptidyl-tRNA från A-stället till P-stället.

(1) Vidfästning av motsvarande (nästa) aminoacyl-tRNA i A-stället kräver exakt kodonigenkänning. Detta sker med hjälp av tRNA-antikodonet. Fästningen av aminoacyl-tRNA till ribosomen sker på grund av bildandet av ett komplex bestående av aminoacyl-tRNA, GTP och proteinförlängningsfaktorer (PE), det finns också flera av dem. Detta frigör PE-BNP-komplexet och fosfat. Detta komplex (PE-GDP) omvandlas sedan (med deltagande av GTP och andra proteinfaktorer) igen till PE-GTP.

(2) - alfa-aminogruppen i det nya aminoacyl-tRNA:t på plats A utför en nukleofil attack av den förestrade karboxylgruppen i peptidyl-tRNA:t som upptar P-stället. Denna reaktion katalyseras av peptidyltransferas, en proteinkomponent som är en del av ribosomens 60S-subenhet. eftersom AA ett aminoacyl-tRNA redan är aktiverat kräver denna reaktion (reaktionen av peptidbindningsbildning) inte ytterligare energi. Som ett resultat av reaktionen fästs den växande polypeptidkedjan till tRNA:t i A-stället.

(3) – efter avlägsnande av peptylresten från tRNA till P-ställena lämnar den fria RNA-molekylen P-stället. FE-2-GTP-komplexet är involverat i förflyttningen av det nybildade peptidyl-tRNA från A-stället till P-stället, vilket frigör A-stället för en ny förlängningscykel. Helheten av separationen av deacylerat tRNA, rörelsen av det nybildade peptidyl-tRNA från A-stället till P-stället, såväl som rörelsen av mRNA i förhållande till ribosomen, kallas translokation. Eftersom energin som erhölls under hydrolysen av ATP till AMP förbrukades på bildningen av aminoacyl-tRNA, och detta är ekvivalent med energin för hydrolysen av 2ATP till 2 ADP; bindningen av aminoacyl-tRNA till A-stället krävde den energi som erhölls under hydrolysen av GTP till GDP, och ytterligare en GTP-molekyl användes på translokation. Vi kan beräkna att bildningen av en peptidbindning kräver energi som erhålls från hydrolysen av 2 ATP-molekyler och 2 GTP-molekyler.

Tillväxthastigheten för polypeptidkedjan (dvs. förlängningshastigheten) in vivo uppskattas till 10 aminosyrarester per sekund. Dessa processer hämmas av olika antibiotika. Till exempel blockerar puromycin translokation genom att binda till

R-plot. Streptomycin binder till ribosomala proteiner och stör kodonigenkänning av antikodon. Kloromycitin binder till A-stället och blockerar förlängning. Schematiskt kan detta representeras enligt följande: 1) nästa aminoacyl-tRNA, på grund av igenkänning med hjälp av ett antikodon, fixeras i A-stället. Fastsättning sker i komplex med GTP och FE-1. i detta fall släpps GDP - FE - 1 och Fk, som sedan förvandlas till GTP - FE-1 och deltar i nya cykler. 2) En peptidbindning bildas mellan det fästa aminoacyl-tRNA:t och peptiden lokaliserad i P-stället. 3) När denna peptidbindning bildas separeras tRNA från peptiden och lämnar P-stället. 4) Det nybildade peptidyl-tRNA:t med hjälp av GTP-PE2-komplexet flyttas från A till P-stället, och GTP-PE2-komplexet hydrolyseras till GDP-PE-2 och FA. 5) Som ett resultat av denna rörelse frigörs A-stället för fästning av ett nytt aminoacyl-tRNA.

(4) Avslutning är det sista steget i proteinsyntesen. Efter många cykler av förlängning, som ett resultat av vilket proteinets polypeptidkedja syntetiseras, i

Ett terminerande kodon eller nonsenskodon visas på A-stället. Normalt finns det inga tRNA som kan känna igen nonsenskodonet. De känns igen av specifika proteiner - termineringsfaktorer (R-faktorer). De känner specifikt igen nonsenskodonet, binder till ribosomen nära A-stället och blockerar vidhäftningen av nästa aminoacyl-tRNA. R-faktorer med deltagande av GTP och peptidyltransferas tillhandahåller hydrolys av bindningen mellan polypeptiden och tRNA-molekylen som upptar P-stället. Efter hydrolys och frisättning av polypeptiden och tRNA dissocierar 80S-ribosomen till 40S- och 60S-subenheter, som sedan kan återanvändas i translationen av nya mRNA.

Vi har övervägt tillväxten av en enda proteinkedja på en enda ribosom fäst vid en enda mRNA-molekyl. I verkligheten fortskrider processen mer effektivt, eftersom mRNA vanligtvis inte translateras samtidigt på en ribosom, utan på ribosomkomplex (polysomer) och varje steg av translation (initiering, förlängning, terminering) utförs av varje ribosom i denna polysom, i detta ribosomala komplex, det vill säga det blir möjligt att syntetisera flera kopior av polypeptiden innan mRNA:t klyvs.

Storleken på polysomala komplex varierar mycket och bestäms vanligtvis av storleken på mRNA-molekylen. Mycket stora mRNA-molekyler kan bilda komplex med 50-100 ribosomer. Oftare innehåller dock komplexet från 3 till 20 ribosomer.

I djur- och mänskliga celler syntetiseras många proteiner från mRNA i form av prekursormolekyler, som sedan måste modifieras för att bilda aktiva molekyler, analogt med syntesen av NA. Beroende på proteinet kan en eller flera av följande modifieringar inträffa.

1) Bildandet av en disulfidbindning.

2) Tillträde av co-faktorer och co-enzymer.

3) Infästning av protesgrupper.

4) Partiell proteolys (proinsulin - insulin).

5) Bildning av oligomerer.

6) Kemisk modifiering (acylering, aminering, metylering, fosforylering, karboxylering, etc.) - mer än 150 kemiska modifieringar av AA är kända i proteinmolekylen.

Alla dessa modifieringar leder till förändringar i proteiners struktur och aktivitet.

Genetisk kod.

Det faktum att överföringen av DNA genetisk information sker med hjälp av en mRNA-molekyl föreslogs först 1961 av F. Jacob och J. Monod. Efterföljande verk (M. Nirenberg, H. G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg - studerade syntesen av polypeptider och bindningen av aminoacyl-tRNA till ribosomer.

H.G. Koran - utvecklade en metod för kemisk syntes av poly- och oligonukleotider.

R. W. Holii - dechiffrerade strukturen av DNA med ett antikodonställe.

1) Bekräftade hypotesen om deltagande av mRNA

2) De visade kodens triplettnatur, enligt vilken varje AK ​​är programmerad till mRNA av 3 baser, kallat kodon

3) Det fastställdes att mRNA-koden läses genom komplementär kodonigenkänning av antikodontripletten av tRNA.

4) Etablerade en överensstämmelse mellan AK och de flesta av de 64 möjliga kodonen. Det är för närvarande känt att 61 kodon kodar för AK och 3 är termineringssignaler (nonsenskodon).

Man trodde att den genetiska koden är universell, det vill säga för alla organismer och alla typer av celler används samma värden för alla kodon. Nya studier av mitokondrie-DNA har dock visat att mitokondriernas genetiska system skiljer sig väsentligt från det genetiska systemet i andra formationer (kärna, kloroplaster), det vill säga att vissa kodon läser tRNA från mitokondrier annorlunda än tRNA från andra formationer. Som ett resultat behövs endast 22 typer av tRNA för mitokondrier. Medan 31-32 typer av tRNA används för proteinsyntes i cytoplasman, det vill säga hela uppsättningen av tRNA.

18 av 20 AK kodas av mer än ett kodon (2, 3, 4, 6) - denna egenskap kallas "degeneration" av koden och är viktig för organismen. På grund av degeneration orsakar vissa fel i replikering eller transkription inte förvrängning av genetisk information. Den genetiska koden överlappar inte och har inga skiljetecken, det vill säga avläsningen sker utan luckor, sekventiellt, tills ett nonsenskodon uppnås. Samtidigt noterades en helt annan egenskap för virus - kodoner kan "överlappa":

1) Om ersättningen faller på kodonets 3:e nukleotid finns det, på grund av kodens "degeneration", en möjlighet att AK-sekvensen förblir oförändrad och mutationen kommer inte att manifestera sig.

2) Det kan finnas en missense-effekt när en AK ersätts av en annan; denna substitution kan vara acceptabel, delvis acceptabel eller oacceptabel, det vill säga proteinets funktion är påverkad, försämrad eller helt förlorad.

3) Som ett resultat av mutationer kan ett nonsenskodon bildas. Bildandet av ett nonsenskodon (terminatorkodon) kan leda till för tidig avbrytning av proteinsyntesen.

Sammanfattning av det som har sagts:

1) Genetiskt sett består koden (”livets språk”) av en sekvens av kodoner, som i själva verket bildar en gen.

2) Den genetiska koden är triplett, det vill säga varje kodon består av tre nukleotider, det vill säga varje kodon kodar för 1 AK. Samtidigt kan 64 kombinationer bildas av 4 typer av DNA-nukleotider, vilket är mer än tillräckligt för 20 AA.

3) Koden är "degenererad" - det vill säga en AK kan kodas av 2, 3, 4, 6 kodon.

4) Koden är entydig, det vill säga ett kodon kodar endast för en AK.

5) Koden är icke-överlappande, då finns det inga nukleotider inkluderade i två intilliggande kodon.

6) Koda "utan kommatecken", det vill säga det finns inga nukleotider mellan två intilliggande kodon.

8) Sekvensen av AK i polypeptiden motsvarar sekvensen av kodon i genen - denna egenskap kallas kollinearitet.

Liknande information.

Alla levande varelser är beroende av tre grundläggande molekyler för i stort sett alla sina biologiska funktioner. Dessa molekyler är DNA, RNA och protein. Två DNA-strängar roterar i motsatta riktningar och ligger bredvid varandra (antiparallell). Detta är en sekvens av fyra kvävehaltiga baser riktade längs ryggraden som kodar för biologisk information. Enligt den genetiska koden omvandlas RNA-strängar för att bestämma sekvensen av aminosyror i proteiner. Dessa RNA-strängar tillverkas ursprungligen med hjälp av DNA-strängar som mall, en process som kallas transkription.

Utan DNA, RNA och proteiner skulle inget biologiskt liv existera på jorden. DNA är en intelligent molekyl som kodar för den kompletta uppsättningen av genetiska instruktioner (genomet) som behövs för att montera, underhålla och reproducera varje levande varelse. RNA spelar flera viktiga roller för att koda, avkoda, reglera och uttrycka genetik. RNA:s huvudsakliga uppgift är att tillverka proteiner enligt de instruktionsuppsättningar som kodas i cellens DNA.

DNA består av en socker-, en kvävebas och en fosfatgrupp. RNA är detsamma.

I DNA består kvävebasen av nukleinsyror: cytosin (C), guanin (G), adenin (A) och tymin (T). Metafysiskt är var och en av dessa nukleinsyror associerad med planetens elementära substanser: luft, vatten, eld och jord. När vi förorenar dessa fyra grundämnen på jorden, förorenar vi motsvarande nukleinsyra i vårt DNA.

Men i RNA består kvävebasen av nukleinsyror: cytosin (C), guanin (G), adenin (A) och uracil (U). Dessutom är var och en av RNA-nukleinsyrorna förknippade med planetens elementära substanser: luft, vatten, eld och jord. I både DNA och RNA motsvarar mitokondrie-DNA det femte grundelementet Cosmic Ether, utgående t bara från mor. Detta är ett exempel på allotropi, som är egenskapen hos ett litet antal kemiska element att vara i två eller flera distinkta former, kända som allotroper av dessa element. Allotroper är olika strukturella modifieringar av ett element. Vårt DNA är en allotrop av de fyra grundläggande planetariska elementen.

Den huvudsakliga biologiska funktionen för de kvävehaltiga baserna i DNA är att länka nukleinsyror. Adenin kombineras alltid med tymin, och guanin kombineras alltid med cytosin. De är kända som parade baser. Uracil finns endast i RNA, ersätter tymin och kombinerar med adenin.

Både RNA och DNA använder basparning (man + hona) som ett ytterligare språk som kan omvandlas i båda riktningarna mellan DNA och RNA genom verkan av lämpliga enzymer. Denna man-kvinnliga språk- eller basparningsstruktur ger en säkerhetskopia av all genetisk information som kodas i dubbelsträngat DNA.

Omvänd tvillingbas

Allt DNA och RNA fungerar enligt genusprincipen av parade baser, vilket skapar en vätebindning. Parade baser måste förenas i sekvens, så att DNA och RNA kan interagera (enligt den ursprungliga designen av våra 12 DNA-strängar, Diamond Sun Body) och även tillåta RNA att producera fungerande proteiner som bygger länkarna som syntetiserar och reparerar DNA-dubbelt helix. Humant DNA har skadats av basparmutationer och förändringar av sekvensredigeringspar eller -insättningar av konstruerade organismer som ett virus. Intervention i de parade baserna gäller tekniken för könsuppdelningen av det omvända nätverket av Nephilim (NRG), som påverkar alla manliga och kvinnliga språk och deras relationer. Kopior av DNA skapas genom att sammanfoga nukleinsyrasubenheter med ett manligt-kvinnligt baspar på varje sträng av den ursprungliga DNA-molekylen. Ett sådant samband förekommer alltid i vissa kombinationer. Förändring av den grundläggande DNA-föreningen, såväl som många nivåer av genetisk modifiering och genetisk kontroll, bidrar till undertryckandet av DNA-syntes. Detta är ett avsiktligt undertryckande av aktiveringen av de 12 DNA-strängarna i den ursprungliga ritningen, Silicon Matrix, sammansatta och byggda av proteiner. Denna genetiska undertryckning har utförts aggressivt sedan katastrofen i Atlantis. Det är direkt relaterat till undertryckandet av föreningen av hierogami, vilket uppnås genom den korrekta anslutningen av DNA-baserna, med vilka det är möjligt att skapa och sätta ihop proteiner för att återställa eldskrivningarna av DNA.

RNA-redigering med aspartam

Ett exempel på genetisk modifiering och experiment med befolkningen är användningen av aspartam*. Aspartam syntetiseras kemiskt från aspartat, vilket försämrar funktionen av uracil-tyminbindningen i DNA, och minskar även funktionerna för RNA-proteinsyntes och kommunikation mellan RNA och DNA. RNA-redigering genom tillägg eller borttagning av uracil och tymin kodade om cellens mitokondrier, där mitokondriell skada bidrog till neurologisk sjukdom. Tymin är ett kraftfullt beskyddare av DNA-integritet. Dessutom producerar sänkning av uracil substratet aspartat, koldioxid och ammoniak.

Interferens med kvävets kretslopp

Som ett resultat av den industriella revolutionen, utplaceringen av militärkomplexet genom NEA-kontakter, har den övergripande kvävecykeln förändrats avsevärt under det senaste århundradet. Även om kväve är avgörande för allt känt liv på jorden, har det förekommit krig med fossila bränslen som medvetet tvingats fram av NAA, som förorenar jorden och skadar DNA. Kväve är en komponent i alla aminosyror som utgör proteiner och finns i baserna som utgör nukleinsyrorna i RNA och DNA. Men genom att föra krig om fossila bränslen, tvinga fram användningen av förbränningsmotorer, skapa kemiska gödningsmedel och förorening av miljön från fordon och industrier, har människor bidragit till allvarlig kvävetoxicitet i biologiska former. Kväveoxid, koldioxid, metan, ammoniak – allt detta skapar en växthusgas som förgiftar jorden, dricksvatten och hav. Denna kontaminering orsakar DNA-skador och mutationer.

Elementär förändring av smärtkroppen

Således har många av oss upplevt elementära förändringar i vårt blod, kroppsdelar (särskilt på ytan av huden som reagerar på förändringar i blodet) och djupgående förändringar i våra celler och vävnader. Vitaliseringen av materia som ett resultat av magnetiska förändringar penetrerar också nivåerna i vår emotionella-elementära kropp, vilket avsevärt påverkar de cellulära reaktionerna och minnet som lagras i den instinktiva kroppen (smärtkroppen).

Denna nya cykel tvingar var och en av oss att uppmärksamma vår instinktiva kropp, vår känslomässiga elementära smärtkropp och vad som händer med den. Förhållandet mellan sol- och månkrafter och deras kombinerade effekt på polariteterna hos planetkroppens krafter anpassas till denna effekt på magnetfältet.

Tyvärr resulterar misslyckande i att förstå de högre principerna för naturlag i stort kaos och lidande för dem som envisas med att hänge sig åt förstörelse, splittring och våld, oavsett vilka metoder som används.

Emellertid fortsätter den massiva utvandringen av månkrafter, månkedjevarelser, fallna änglar från vår planet och vårt solsystem vid denna tidpunkt. När solsystemet sätts i karantän kommer de som är Uppstigna (eller rena av hjärtat) att uppleva en djupgående omställning av sina heliga energicentra från månens till solinfluenser. Denna fördelning av sol- och månkrafter fortsätter att förändras inte bara i den emotionella-elementala kroppen, utan också i det sakrala centret och alla reproduktionsorgan. Det ger justeringar eller insikter i många av de frågor som är relaterade till sexuellt lidande som har programmerats baserat på de dolda historierna som är förknippade med månkedjans enheter. Moderns magnetiska kommandouppsättningar och mitokondrier återställer Solar Femininity för deras jordiska barn också.

DNA-syntes

Genom att förstå att vår känslomässiga elementära kropp rör sig från kolbaserade atomer till högre baserade element genom högfrekvent aktivering och planetära magnetiska förändringar, kan vi koppla ihop prickarna i den andliga utvecklingen av våra egna kroppar förknippade med personliga alkemiska processer. I restaureringen av den sophianiska kroppen smälter den alkemiska omvandlingen av vår medvetenhetsutveckling samman med den vetenskapliga förståelsen av DNA-syntes. DNA-syntes är lika viktig som DNA-aktivering, som spelar en viktig och direkt roll i andlig uppstigning. Modern återför mitokondriella DNA-registret genom att vända magnetiska strömmar, vilket återställer ritningen av vårt blod, hjärna och nervsystem till högre funktion med vårt sanna ursprungliga DNA.

*MEN spartam är en genmanipulerad kemikalie som distribueras och marknadsförs som ett kosttillskott

Översättning: Oreanda Web