Genetic code- isang paraan upang maitala sa isang molekula ng DNA ang impormasyon tungkol sa bilang at pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa isang protina.

Ari-arian:

Tripletity - isang amino acid ay naka-encode ng tatlong nucleotides

Non-overlapping - ang parehong nucleotide ay hindi maaaring maging bahagi ng dalawa o higit pang triplets sa parehong oras

Unambiguity (pagtitiyak) - ang isang tiyak na codon ay tumutugma sa isa lamang

Universality - ang genetic code ay gumagana nang pareho sa mga organismo ng iba't ibang antas ng pagiging kumplikado - mula sa mga virus hanggang sa mga tao

Pagkabulok (redundancy) - maraming codon ang maaaring tumutugma sa parehong amino acid.

14. Mga yugto ng pagpapatupad ng namamana na impormasyon sa mga prokaryote at eukaryotes.

Pagtitiklop (synthesis) ng DNA

Palaging nagsisimula ang synthesis ng DNA sa mahigpit na tinukoy na mga punto. Ang enzyme topoisomerase ay nag-unwind sa helix. Sinisira ng Helicase ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga hibla ng DNA at bumubuo ng tinidor ng pagtitiklop. Pinipigilan ng mga protina ng SSB ang muling pagbuo ng mga bono ng hydrogen.

Ang RNA primase ay nag-synthesize ng maiikling RNA fragment (primer) na nakakabit sa 3' dulo.

Nagsisimula ang DNA polymerase mula sa primer at nag-synthesize ng chain ng anak na babae (5 "3") -

Ang direksyon ng synthesis ng isang strand ng DNA ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng replication fork, kaya ang strand na ito ay patuloy na na-synthesize. Dito mabilis na nagpapatuloy ang synthesis. Ang direksyon ng synthesis ng pangalawang strand ay kabaligtaran sa replication fork. Samakatuwid, ang synthesis ng chain na ito ay nangyayari sa anyo ng hiwalay na mga seksyon at nagpapatuloy nang dahan-dahan (mga fragment ng Okazaki).

Pagkahinog ng DNA: Ang mga primer ng RNA ay na-cleaved, ang mga nawawalang nucleotide ay nakumpleto, ang mga fragment ng DNA ay pinagsama gamit ang ligase. Binubuksan ng Topoisomerase ang helix.

Mga yugto ng pagpapatupad ng namamana na impormasyon (sa eukaryotes)

1. Transkripsyon

2.Pagpoproseso

3. Pagsasalin

4. Mga pagbabago pagkatapos ng pagsasalin

I-broadcast- ang synthesis ng isang molekula ng RNA batay sa isang molekula ng DNA. Ang pangunahing enzyme ay RNA polymerase.

Dapat kilalanin ng RNA polymerase ang promoter at makipag-ugnayan dito. Ang promoter ay isang espesyal na seksyon ng DNA na matatagpuan bago ang nagbibigay-kaalaman na bahagi ng gene. Ang pakikipag-ugnayan sa tagataguyod ay kinakailangan para sa pag-activate ng RNA polymerase. Sa pag-activate, sinira ng RNA polymerase ang mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga hibla ng DNA.

Palaging nangyayari ang RNA synthesis kasama ang isang partikular na codogenic DNA strand. Sa strand na ito, ang promoter ay matatagpuan mas malapit sa 3' dulo.

Ang synthesis ng RNA ay nangyayari ayon sa mga prinsipyo ng complementarity at antiparallelism.

Ang RNA polymerase ay umabot sa isang stop codon (terminator o termination codon). Ito ay isang senyales upang ihinto ang synthesis. Ang enzyme ay hindi aktibo, nahiwalay sa DNA, at isang bagong synthesize na molekula ng DNA ay inilabas - ang pangunahing transcript - pro-RNA. Ang orihinal na istraktura ng DNA ay naibalik.

Mga tampok na istruktura ng eukaryotic gene:

Sa mga eukaryote, ang mga gene ay kinabibilangan ng mga rehiyon ng iba't ibang mga pag-andar.

A) Introns - mga fragment ng DNA (gene) na hindi nagko-code para sa mga amino acid sa protina

B) Ang mga exon ay mga seksyon ng DNA na nagko-code para sa mga amino acid sa isang protina.

Ang hindi tuloy-tuloy na katangian ng gene ay natuklasan nina Roberts at Sharpe (Nob. Prize 1903).

Ang bilang ng mga intron at exon sa iba't ibang mga gene ay lubhang nag-iiba.

Pinoproseso(pagkahinog)

Ang pangunahing transcript ay nag-mature at isang mature na messenger RNA molecule ay nabuo, na maaaring lumahok sa synthesis ng protina sa mga ribosome.

Sa 5" dulo ng RNA, isang espesyal na site (istraktura) ay nabuo - isang CEP o isang takip. Ang CEP ay nagbibigay ng pakikipag-ugnayan sa maliit na subunit ng ribosome.

Sa 3" dulo ng RNA, mula 100 hanggang 200 molekula ng mga nucleotide na nagdadala ng adenine (polyA) ay nakakabit. Sa panahon ng synthesis ng protina, ang mga nucleotide na ito ay unti-unting natanggal, ang pagkasira ng polyA ay isang senyales para sa pagkasira ng mga molekula ng RNA.

Ang isang pangkat ng CH 3 ay idinagdag sa ilang RNA nucleotides - methylation. Pinatataas nito ang paglaban ng DNA sa pagkilos ng mga cytoplasmic enzymes.

Splicing - ang mga intron ay pinuputol at ang mga exon ay pinagsama-sama. Tinatanggal ng restriction enzyme, ligase cross-links)

Kasama sa mature messenger RNA ang:

Tinitiyak ng pinuno ang pagbubuklod ng messenger RNA sa ribosome subunit.

SC - start codon - pareho para sa lahat ng messenger RNA, mga code para sa isang amino acid

Coding region - mga code para sa mga amino acid sa isang protina.

Ihinto ang codon - isang senyales upang ihinto ang synthesis ng protina.

Sa panahon ng pagproseso, ang isang mahigpit na pagpili sa cytoplasm ay nangyayari, mga 10% ng mga molekula mula sa bilang ng mga pangunahing transcript ay inilabas mula sa nucleus.

Alternatibong splicing

Ang isang tao ay may 25-30 libong mga gene.

Gayunpaman, humigit-kumulang 100 libong mga protina ang nahiwalay sa mga tao.

Ang alternatibong splicing ay isang sitwasyon kung saan ang parehong gene ay nagbibigay ng synthesis ng parehong proRNA molecule sa mga cell ng iba't ibang mga tisyu. Sa iba't ibang mga cell, ang bilang at mga hangganan sa pagitan ng mga exon at intron ay naiiba na tinutukoy. Bilang isang resulta, ang iba't ibang mga mRNA ay nakuha mula sa parehong mga pangunahing transcript at iba't ibang mga protina ay na-synthesize.

Ang alternatibong splicing ay napatunayan para sa halos 50% ng mga gene ng tao.

Ang pagsasalin ay ang proseso ng pag-iipon ng isang peptide chain sa mga ribosome ayon sa impormasyong nakapaloob sa mRNA.

1. Pagsisimula (simula)

2. Pagpahaba (pagpahaba ng molekula)

3. Pagwawakas (pagtatapos)

Pagtanggap sa bagong kasapi.

Ang molekula ng matrRNA ay nakikipag-ugnay sa maliit na subunit ng ribosome sa tulong ng CEP. Ang pinuno ng RNA ay nagbubuklod sa isang subunit ng ribosome. Ang transpRNA, na nagdadala ng transport acid methionine, ay nakakabit sa start codon. Pagkatapos ay ang malaking subunit ng ribosome ay sumali. Sa buong ribosome, dalawang aktibong sentro ang nabuo: aminoacyl at peptidyl. Ang Aminoacyl ay libre, at ang peptidyl ay inookupahan ng tRNA na may methionine.

Pagpahaba.

Ang aminoacyl center ay naglalaman ng mRNA, ang anticodon na tumutugma sa coding.

Pagkatapos nito, ang ribosome ay nagbabago sa mRNA sa pamamagitan ng 1 codon. Sa kasong ito, ang aminoacyl center ay inilabas. Ang mRNA ay matatagpuan sa peptidyl center at nagbubuklod sa pangalawang amino acid. Ang proseso ay paulit-ulit na paulit-ulit.

3. Pagwawakas

Ang isang stop codon ay pumapasok sa aminoacyl center, na kinikilala ng isang espesyal na protina, ito ay isang senyas upang ihinto ang synthesis ng protina. Ang mga subunit ng ribosome ay pinaghihiwalay, naglalabas ng mRNA, at ang polypeptide ay na-synthesize muli.

4. Mga pagbabago pagkatapos ng pagsasalin.

Sa panahon ng pagsasalin, ang pangunahing istraktura ng polypeptide ay nabuo. Ito ay hindi sapat upang maisagawa ang mga function ng protina, kaya nagbabago ang protina, na nagsisiguro sa aktibidad nito.

Nabuo:

A) pangalawang istraktura (hydrogen bonds)

B) globule - tertiary structure (disulfide bonds)

C) quaternary na istraktura - hemoglobin

D) Glycosylation - attachment ng mga residues ng asukal (antibodies) sa protina

E) cleavage ng isang malaking polypeptide sa ilang mga fragment.

Mga pagkakaiba sa pagpapatupad ng namamana na impormasyon sa mga prokaryote at eukaryotes:

1. Ang mga prokaryote ay kulang sa mga exon at intron, kaya walang mga yugto ng pagproseso at pag-splice.

2. Sa prokaryotes, ang transkripsyon at pagsasalin ay nangyayari nang sabay-sabay, i.e. Ang RNA synthesis ay isinasagawa at ang DNA synthesis ay nagsisimula na.

3. Sa mga eukaryotes, ang synthesis ng iba't ibang uri ng RNA ay kinokontrol ng iba't ibang mga enzyme. Sa mga prokaryote, lahat ng uri ng RNA ay synthesize ng isang enzyme.

4. Sa mga eukaryote, ang bawat gene ay may sariling natatanging promoter, sa mga prokaryote, maaaring kontrolin ng isang promoter ang gawain ng ilang mga gene.

5. Ang mga prokaryote lamang ang may operon system

Ang isang pangunahing mahalagang pag-aari ng genetic na impormasyon ay ang kakayahang mailipat (ilipat) kapwa sa loob ng isang cell at mula sa isang magulang na cell patungo sa mga cell ng anak o sa pagitan ng mga cell ng iba't ibang indibidwal sa mga proseso ng cell division at pagpaparami ng mga organismo. Tulad ng para sa mga direksyon ng intracellular transfer ng genetic na impormasyon, sa kaso ng mga organismo na naglalaman ng DNA, nauugnay sila sa mga proseso ng pagtitiklop ng mga molekula ng DNA, i.e. sa pagkopya ng impormasyon (tingnan ang subsection 1.2), o sa synthesis ng RNA molecules (transcription) at pagbuo ng polypeptides (translation) (Fig. 1.14). Tulad ng nalalaman, ang bawat isa sa mga prosesong ito ay isinasagawa batay sa mga prinsipyo ng matrix at complementarity.

Ang kasalukuyang mga ideya tungkol sa paglipat ng genetic na impormasyon ayon sa scheme DNA → RNA → protina ay karaniwang tinatawag na "central dogma" ng molecular biology. Kasama ng ito (pinakakaraniwang) direksyon ng paglipat, na kung minsan ay tinutukoy bilang "pangkalahatang paglipat", may isa pang anyo ng pagsasakatuparan ng genetic na impormasyon ("espesyal na paglilipat") na matatagpuan sa mga virus na naglalaman ng RNA. Sa kasong ito, ang isang proseso na tinatawag na reverse transcription ay sinusunod, kung saan ang pangunahing genetic material (viral RNA) na pumasok sa host cell ay nagsisilbing template para sa synthesis ng complementary DNA gamit ang reverse transcriptase (revertase) enzyme na naka-encode ng viral. genome. Sa hinaharap, posible na mapagtanto ang impormasyon ng synthesized viral DNA sa karaniwang direksyon. Dahil dito,

kanin. 1.14. Ang mga pangunahing direksyon ng intracellular transfer ng genetic na impormasyon

ang dalubhasang paglilipat ng genetic na impormasyon ay isinasagawa ayon sa scheme RNA → DNA → RNA → protina.

Transkripsyon ay ang unang yugto ng pangkalahatang paglilipat ng genetic na impormasyon at ang proseso ng biosynthesis ng mga molekula ng RNA ayon sa programa ng DNA. Ang pangunahing kahulugan ng prosesong ito ay ang impormasyon ng isang structural gene (o ilang katabing genes), na nakasulat sa anyo ng isang nucleotide sequence ng isang DNA coding strand sa 3 "→ 5" na oryentasyon, ay muling isinulat (na-transcribe) sa nucleotide sequence ng isang RNA molecule na na-synthesize sa 5 direksyon " → 3" batay sa complementary correspondence ng deoxyribonucleotides ng DNA matrix strand sa RNA ribonucleotides (A-U, G-C, T-A, C-G) (Fig. 1.15). Bilang mga produkto ng transkripsyon (transcript), ang lahat ng uri ng mga molekula ng RNA na kasangkot sa biosynthesis ng mga protina sa cell ay maaaring isaalang-alang - matrix (impormasyon) RNA (mRNA, o mRNA), ribosomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA), maliit nuclear RNA ( snRNA).

Ang proseso ng transkripsyon ay ibinibigay ng kumplikadong pagkilos ng isang bilang ng mga enzyme, kabilang ang RNA polymerase, na isang kumplikadong protina na binubuo ng ilang mga subunit at may kakayahang magsagawa ng ilang mga function. Hindi tulad ng mga prokaryotes (bakterya), kung saan ang mga cell ay mayroon lamang isang uri ng RNA polymerase, na nagsisiguro sa synthesis ng iba't ibang mga molekula ng RNA, ang mga eukaryote ay may tatlong uri ng nuclear RNA polymerases (I, II, III), pati na rin ang RNA polymerases ng cell. organelles na naglalaman ng DNA (mitochondria, plastids). Ang RNA polymerase I ay matatagpuan sa nucleolus at kasangkot sa synthesis ng karamihan sa mga molekula ng rRNA, ang RNA polymerase II ay nagbibigay ng synthesis ng mRNA at snRNA, at ang RNA polymerase III ay nag-synthesize ng tRNA at isang variant ng mga molekula ng rRNA.

Ang transkripsyon ay nahahati sa tatlong pangunahing yugto - pagsisimula (ang simula ng RNA synthesis), pagpahaba (pagpahaba ng polynucleotide chain) at pagwawakas (pagtatapos ng proseso).

kanin. 1.15. Synthesis ng isang RNA molecule sa isang DNA template strand. Ipinapakita ng arrow ang direksyon kung saan lumalaki ang RNA chain.

Ang pagsisimula ng transkripsyon ay nakasalalay sa paunang tiyak na pagbubuklod ng RNA polymerase sa isang maikling sequence ng nucleotide na kinikilala nito sa rehiyon ng molekula ng DNA (promoter) na matatagpuan bago ang panimulang punto ng structural gene, kung saan nagsisimula ang RNA synthesis. Ang mga tagapagtaguyod ng iba't ibang structural genes ay maaaring magkapareho o naglalaman ng iba't ibang mga nucleotide sequence, na malamang na tumutukoy sa kahusayan ng transkripsyon ng mga indibidwal na gene at ang kakayahang i-regulate ang mismong proseso ng transkripsyon (tingnan din ang Sec. 1.6). Ang mga tagapagtaguyod ng maraming prokaryotic genes ay naglalaman ng unibersal na sequence na 5'-TATAAT-3' (Pribnow block), na matatagpuan bago ang panimulang punto sa layo na humigit-kumulang 10 nucleotides at kinikilala ng RNA polymerase. Ang isa pang medyo karaniwang nakikilalang pagkakasunud-sunod mula sa mga organismong ito (5'-TTGACA-3') ay karaniwang matatagpuan sa layo na humigit-kumulang 35 nucleotide mula sa panimulang punto. Sa mga eukaryotic genome, ang function ng pagkilala para sa RNA polymerase II ay maaaring isagawa ng mga unibersal na pagkakasunud-sunod na TATA (Hogness block), CAAT, at ang mga binubuo ng paulit-ulit na nucleotides G at C (GC motifs). Ito o ang rehiyon ng promoter na iyon ay maaaring maglaman ng alinman sa mga sequence na ito o kumbinasyon ng dalawa o tatlo sa mga sequence na ito.

Ang tiyak na malakas na pagbubuklod ng RNA polymerase sa isa o ibang rehiyon ng rehiyon ng promoter na kinikilala nito ay nagbibigay-daan dito upang simulan ang proseso ng pag-unwinding ng molekula ng DNA hanggang sa panimulang punto kung saan nagsisimula itong mag-polymerize ng ribonucleotides gamit ang isang single-stranded na 3'- 5' DNA fragment bilang template.

Ang karagdagang pag-unwinding ng DNA ng structural gene ay sinamahan ng pagpahaba ng synthesized polyribonucleotide (pagpahaba ng RNA strand), na nagpapatuloy hanggang sa maabot ng RNA polymerase ang rehiyon ng terminator. Ang huli ay isang DNA nucleotide sequence na kinikilala ng RNA polymerase na may partisipasyon ng iba pang mga kadahilanan ng pagwawakas ng protina, na humahantong sa pagtatapos ng synthesis ng transcript at ang detatsment nito mula sa template. Sa karamihan ng mga kaso, ang terminator ay matatagpuan sa dulo ng structural gene, na nagbibigay ng synthesis ng isang monogenic mRNA molecule. Kasabay nito, sa prokaryotes, ang synthesis ng isang polygenic mRNA molecule na nag-encode ng synthesis ng dalawa o higit pang polypeptide chain ay posible. Mayroong tuluy-tuloy na transkripsyon ng ilang katabing structural genes na may isang karaniwang terminator. Ang polygenic mRNA ay maaaring maglaman ng hindi isinalin na mga intergenic na rehiyon (spacer) na naghihiwalay sa mga rehiyon ng coding para sa mga indibidwal na polypeptide, na malamang na nagsisiguro sa kasunod na paghihiwalay ng mga synthesize na polypeptide mismo.

Dahil ang mga istrukturang gene ng mga eukaryote ay may isang discontinuous (mosaic) na istraktura, ang kanilang transkripsyon ay may mga tiyak na tampok na naiiba ito mula sa transkripsyon sa mga prokaryote. Sa kaso ng isang eukaryotic gene na nag-encode ng synthesis ng isang polypeptide, ang prosesong ito ay nagsisimula sa transkripsyon ng buong nucleotide sequence na naglalaman ng parehong mga rehiyon ng exon at intron DNA. Ang nagreresultang molekula ng mRNA, na sumasalamin sa istraktura ng buong mosaic gene, na tinatawag na heterogenous nuclear RNA (hnRNA) o promatrix RNA (pro-mRNA), pagkatapos ay sumasailalim sa proseso ng pagkahinog (pagproseso ng mRNA).

Pinoproseso Binubuo ang enzymatic cutting ng primary transcript (hnRNA) na may kasunod na pag-alis ng mga intronic na rehiyon nito at reunion (splicing) ng mga exonic na rehiyon, na bumubuo ng tuloy-tuloy na coding sequence ng mature mRNA, na higit na kasangkot sa pagsasalin ng genetic na impormasyon. Bilang isang halimbawa, maaari nating isaalang-alang ang pamamaraan ng pagproseso ng mRNA na na-synthesize sa panahon ng transkripsyon ng β-globin chain gene (Larawan 1.16), ang istraktura na tinalakay nang mas maaga (tingnan ang Fig. 1.13).

Ang pagpoproseso ay nagsasangkot din ng mga maikling molekula ng snRNA na binubuo ng humigit-kumulang 100 nucleotides, na mga pagkakasunud-sunod na pantulong sa mga pagkakasunud-sunod sa mga dulo ng mga intron na rehiyon ng hnRNA. Ang pagpapares ng mga pantulong na nucleotide ng snRNA at hnRNA ay nagtataguyod ng pagtitiklop ng mga rehiyon ng intron sa isang loop at ang convergence ng kaukulang mga rehiyon ng exon ng hnRNA, na kung saan, ay ginagawang naa-access ang mga ito sa pagkilos ng pagputol ng mga enzyme (nucleases). Samakatuwid, tinitiyak ng mga molekula ng snRNA ang tamang pagtanggal ng mga intron mula sa hnRNA.

Sa panahon ng pagproseso, ang 5' at 3' dulo ng umuusbong na mature na molekula ng mRNA ay binago din. Ang pangunahing kahulugan ng prosesong ito ay makikita sa mga diagram.

kanin. 1.16. Pagproseso ng mRNA-globin gene ng tao

pagproseso ng gene ng β-globin ng tao (tingnan ang Fig. 1.16) at ang kumpletong pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng mature na mRNA na nagreresulta mula sa prosesong ito. Gaya ng makikita sa fig. 1.17, sa 5 "dulo ng pagkakasunud-sunod ay may maikling hindi isinalin (nangungunang) rehiyon, na binubuo ng 17 triplets, na minarkahan ng mga numero na may minus sign. Ang rehiyong ito ay naka-encode ng na-transcribe (ngunit hindi na-translate) na rehiyon ng una exon ng β-gene (na may shade sa Fig. 1.16). Ang pagbabago ng seksyong ito ay binubuo sa pagbuo ng isang 5 "end cap (mula sa English, takip- cap, hat), na isang 7-methylguanosine residue na nakakabit sa isang katabing nucleotide sa hindi pangkaraniwang paraan (gamit ang tri-phosphate bond). Ipinapalagay na ang pangunahing pag-andar ng takip ay nauugnay sa pagkilala sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod ng molekula ng rRNA na bahagi ng ribosome, na nagsisiguro ng tumpak na pagkakabit ng buong nangungunang rehiyon ng molekula ng mRNA sa isang tiyak na rehiyon nito. ribosome at ang pagsisimula ng proseso ng pagsasalin. Posible rin na pinoprotektahan ng cap ang mature na mRNA mula sa napaaga na pagkasira ng enzymatic sa panahon ng transportasyon nito mula sa nucleus patungo sa cell cytoplasm.

Ang pagbabago ng 3 "-end ng β-globin mRNA, na mayroon ding maikling hindi isinalin na sequence na naka-encode ng kaukulang rehiyon ng ikatlong exon ng β-gene (tingnan ang Fig. 1.16), ay nauugnay sa pagbuo ng polyadenyl (poly PERO)"buntot" ng molekula, na binubuo ng 100 - 200 magkakasunod na konektado na mga residu ng adenylic acid. Ang pagkilos ng polyadenylation enzyme ay hindi nangangailangan ng isang template, ngunit ang pagkakaroon ng AAUAAAA signal sequence sa 3 "end ng mRNA (tingnan ang Fig. 1.17) ay kinakailangan. Ito ay ipinapalagay na ang polyadenyl "tail" ay nagsisiguro sa transportasyon ng mature mRNA sa ribosome, pinoprotektahan ito mula sa enzymatic destruction, ngunit ang sarili nito ay unti-unting nawasak ng cytoplasmic enzymes, na naghiwalay ng isa-isa sa mga terminal nucleotides.

I-broadcast bilang ang susunod na hakbang sa pagpapatupad ng genetic na impormasyon ay ang synthesis ng isang polypeptide sa ribosome, kung saan ang isang mRNA molecule ay ginagamit bilang isang template (pagbabasa ng impormasyon sa direksyon 5" → 3"). Dapat pansinin na sa mga prokaryotic na selula na walang tunay na nucleus na may isang shell, ang chromosomal genetic material (DNA) ay praktikal na matatagpuan sa cytoplasm, na tumutukoy sa patuloy na likas na katangian ng relasyon sa pagitan ng mga proseso ng transkripsyon at pagsasalin. Sa madaling salita, ang nagreresultang nangungunang 5 "dulo ng molekula ng mRNA, na ang synthesis ay hindi pa nakumpleto, ay nagagawang makipag-ugnayan sa ribosome, na nagpapasimula ng synthesis ng polypeptide, ibig sabihin, ang transkripsyon at pagsasalin ay nagpapatuloy nang sabay-sabay. Tulad ng para sa mga eukaryote, ang mga proseso ng transkripsyon ng kanilang nuclear genetic na impormasyon at ang pagsasalin nito ay dapat na paghiwalayin sa oras dahil sa pagproseso ng mga molekula ng RNA at ang pangangailangan para sa kanilang kasunod na packaging at

kanin. 1.17. Nucleotide sequence ng mature mRNA ng human α-globin gene. Ang sequence ay nagsisimula sa 7-methylguanosine sa 5" na dulo (cap site), na sinusundan ng isang maikling hindi na-translate na rehiyon ng RNA. Ang unang isinalin na codon (AUG) ay nasa bold type at minarkahan ng numerong 0, dahil ang amino acid ay na-encode nito ( methionine) ay kasunod na natanggal mula sa polypeptide (Ang unang amino acid ng mature na protina ay magiging valine, na na-encode ng GUG.) Ang UAA stop codon (codon 147), kung saan nagtatapos ang pagsasalin (ang polypeptide ay binubuo ng 146 amino acids), at ang sequence ng signal para sa polyadenylation (AAAAAA) sa 3' dulo ng transportasyon mula sa karyoplasm papunta sa cytoplasm na may partisipasyon ng mga espesyal na transport protein.

Tulad ng kaso ng transkripsyon, ang proseso ng pagsasalin ay maaaring halos nahahati sa tatlong pangunahing yugto - pagsisimula, pagpapahaba, at pagwawakas.

Para sa pagsisimula ng pagsasalin, ang pagtitiyak ng istrukturang organisasyon ng isang pangkat ng magkatulad na ribosom (polyribosomes, o polysomes), na maaaring lumahok sa synthesis ng pangunahing istraktura ng isang tiyak na molekula ng protina (polypeptide) na naka-encode ng kaukulang mRNA, ay ng pangunahing kahalagahan. Tulad ng nalalaman, ang isang indibidwal na ribosome ay isang cell organelle na binubuo ng mga molekula ng rRNA, na tumutukoy sa pagiging tiyak nito, at mga protina. Ang ribosome ay naglalaman ng 2 structural subunits (malaki at maliit), na maaaring iba-iba sa batayan ng kanilang kakayahang mag-precipitate nang iba sa panahon ng ultracentrifugation ng mga paghahanda ng purified ribosomes mula sa nawasak na mga cell, ibig sabihin, ayon sa sedimentation coefficient (halaga 5). Sa ilang partikular na kundisyon, maaaring mangyari ang paghihiwalay (dissociation) ng dalawang subunit na ito o ang pagkakaugnay nito (asosasyon) sa cell.

Ang ribosomes ng prokaryotes, pati na rin ang mitochondria at chloroplasts, ay binubuo ng malaki at maliit na mga subunit na may mga halaga na 505 at 305, ayon sa pagkakabanggit, habang sa mga eukaryote ang mga subunit na ito ay may iba't ibang laki (605 at 405). Dahil ang proseso ng pagsasalin ay pinag-aralan nang mas detalyado sa bakterya, madalas itong isinasaalang-alang na may kaugnayan sa istraktura ng mga ribosom ng mga organismo na ito. Gaya ng makikita mula sa fig. 1.18, ang ribosome ay naglalaman ng 2 site na direktang nauugnay sa pagsisimula ng pagsasalin, na itinalaga bilang P-site (aminoacyl) at R- site (peptidyl), ang pagiging tiyak nito ay natutukoy sa pamamagitan ng kumbinasyon ng mga kaukulang rehiyon ng 505 at 305 na mga subunit. Sa paghihiwalay ng mga ribosome subunits, ang mga site na ito ay nagiging "hindi natapos", na humahantong sa isang pagbabago sa kanilang functional specificity.

Ang proseso ng pagsasalin ay nagsasangkot din ng mga molekula ng tRNA, na ang mga tungkulin ay maghatid ng mga amino acid mula sa cytosol (cytoplasmic solution) patungo sa mga ribosom. Ang molekula ng tRNA, na may pangalawang istrukturang hugis cloverleaf, ay naglalaman ng isang triple ng nucleotides (anticodon), na nagsisiguro ng komplementaryong koneksyon nito sa kaukulang codon (triplet) ng mRNA molecule na nag-encode ng synthesis ng polypeptide sa ribosome, at isang acceptor site (sa pamamagitan ng 3 "-end ng molekula), kung saan ang isang tiyak na amino acid ay nakakabit (tingnan ang Fig. 1.7). Ang proseso ng paglakip ng bawat isa sa 20 amino acid sa acceptor end ng kaukulang tRNA ay nauugnay sa pag-activate ng isang tiyak na variant ng enzyme aminoacyl-tRNA-

kanin. 1.18. Ang istraktura ng bacterial ribosome: P peptidyl site, A aminoacyl site

kanin. 1.19. Mga unang yugto ng pagsasalin: isang panimulang kumplikado; b pagpahaba

synthetase gamit ang enerhiya ng adenosine triphosphates (ATP molecules). Ang resultang tiyak na kumplikado ng tRNA at amino acid, na tinatawag na aminoacyl-tRNA, pagkatapos ay lumipat sa ribosome at nakikilahok sa synthesis ng polypeptide.

Ang pagsisimula ng pagsasalin ay tinitiyak ng eksaktong koneksyon ng nangungunang 5 "dulo ng molekula ng mRNA na may isang tiyak na rehiyon ng maliit na subunit ng dissociated ribosome sa paraang ang simula (nagsisimula) na codon AUG ng molekulang ito ay lilitaw sa "hindi natapos na." " P-site (Fig. 1.19). Isang functional na tampok ng naturang P- Ang site ay maaari lamang itong sakupin ng nagsisimulang aminoacyl-tRNA na may UAC anticodon, na sa mga eukaryote ay nagdadala ng amino acid methionine, at sa bacteria. - formylmethionine.Dahil ang synthesis ng polypeptide ay palaging nagsisimula mula sa N-terminus at tumataas patungo sa C-terminus, kung gayon ang lahat ng mga molekulang protina na na-synthesize sa prokaryotic cells ay dapat magsimula sa N-formylmethionine, at sa eukaryotes - na may N-methionine.Gayunpaman, ang mga amino acid na ito ay kasunod na enzymatically cleaved sa panahon ng pagproseso ng molekula ng protina (tingnan ang Fig. 1.17).

Matapos ang pagbuo ng initiating complex sa "hindi natapos" na P-site (tingnan ang Fig. 1.19), nagiging posible na muling pagsamahin ang maliit at malalaking subunit ng ribosome, na humahantong sa "pagkumpleto" ng P-site at ang Lugar. Pagkatapos lamang nito, ang susunod na aminoacyl-tRNA ay maaaring sakupin ang A site batay sa prinsipyo

complementarity ng anticodon nito sa kaukulang mRNA codon na matatagpuan sa rehiyong ito (tingnan ang Fig. 1.19).

Ang proseso ng pagpahaba ay nagsisimula sa pagbuo ng isang peptide bond sa pagitan ng pagsisimula (una sa kadena) at kasunod na (pangalawang) amino acid. Pagkatapos ay ginagalaw ng ribosome ang isang triplet ng mRNA sa direksyon na 5" → 3", na sinamahan ng detatsment ng nagsisimulang tRNA mula sa template (mRNA), mula sa nagsisimulang amino acid at ang paglabas nito sa cytoplasm. Sa kasong ito, ang pangalawang aminoacyl-tRNA ay gumagalaw mula sa A-site patungo sa P-site, at ang pinakawalan PERO-site ay inookupahan ng susunod (ikatlong) aminoacyl-tRNA. Ang proseso ng sunud-sunod na paggalaw ng ribosome sa "triple steps" sa kahabaan ng mRNA strand ay paulit-ulit, sinamahan ng paglabas ng tRNA na pumapasok sa P-site at ang pagtaas sa amino acid sequence ng synthesized polypeptide.

Ang pagwawakas ng pagsasalin ay nauugnay sa pagpasok ng isa sa tatlong kilalang mRNA stop triplets sa L site ng ribosome. Dahil ang naturang triplet ay hindi nagdadala ng impormasyon tungkol sa anumang amino acid, ngunit kinikilala ng kaukulang mga protina ng pagwawakas, ang proseso ng polypeptide synthesis ay hihinto at ito ay hiwalay sa template (mRNA).

Pagkatapos umalis sa gumaganang ribosome, ang libreng 5'-end ng mRNA ay maaaring makipag-ugnayan sa susunod na ribosome ng polysomal group, na magsisimula ng synthesis ng isa pang (magkaparehong) polypeptide. Samakatuwid, ang itinuturing na ribosome cycle ay sunud-sunod na inuulit sa partisipasyon ng ilang ribosom ng parehong polysome, na nagreresulta sa isang pangkat ng magkaparehong polypeptides ay na-synthesize.

Post-translational na pagbabago ng isang polypeptide ay kumakatawan sa huling yugto sa pagpapatupad ng genetic na impormasyon sa cell, na humahantong sa pagbabago ng synthesized polypeptide sa isang functionally active protein molecule. Sa kasong ito, ang pangunahing polypeptide ay maaaring sumailalim sa pagproseso na binubuo ng enzymatic na pagtanggal ng mga nagsisimulang amino acid, ang cleavage ng iba pang (hindi kinakailangang) mga residue ng amino acid, at sa kemikal na pagbabago ng mga indibidwal na amino acid. Pagkatapos ang proseso ng pagtitiklop ng linear na istraktura ng polypeptide ay nangyayari dahil sa pagbuo ng karagdagang mga bono sa pagitan ng mga indibidwal na amino acid at ang pagbuo ng pangalawang istraktura ng molekula ng protina (Fig. 1.20). Sa batayan na ito, nabuo ang isang mas kumplikadong tertiary na istraktura ng molekula.

Sa kaso ng mga molekula ng protina na binubuo ng higit sa isang polypeptide, nabuo ang isang kumplikadong istraktura ng quaternary, kung saan pinagsama ang mga tertiary na istruktura ng mga indibidwal na polypeptide. Bilang halimbawa, isaalang-alang ang isang modelo ng molekula ng hemoglobin ng tao (Larawan 1.21), na binubuo ng

kanin. 1.20. Pangalawang istraktura ng ribonuclease enzyme molekula

kanin. 1.21. Quaternary na istraktura ng molekula ng hemoglobin ng tao

dalawang α-strand at dalawang β-strand, na bumubuo ng isang matatag na istraktura ng tetramer sa pamamagitan ng hydrogen bond. Ang bawat isa sa mga kadena ng globin ay naglalaman din ng molekula ng tema, na, kasama ng iron, ay nakakapagbigkis ng mga molekula ng oxygen, na tinitiyak ang kanilang transportasyon sa pamamagitan ng mga erythrocytes.

Mga pangunahing termino at konsepto: acceptor end ng tRNA; aminoacyl-tRNA; anticodon; hyRNA (pro-RNA); pagsisimula ng transkripsyon at pagsasalin; pagsisimula ng aminoacyl-tRNA at amino acid; mRNA initiation codon; complementarity; takip; nangunguna sa 5"-end ng mRNA; template; pagbabago ng mga dulo ng mRNA molecule; monogenic mRNA molecule; mRNA (mRNA); snRNA; reverse transcriptase (revertase); reverse transcription; pangkalahatang paglipat; paglipat (paglipat) ng impormasyon; polygenic MRNA molecule; polypeptide; polyribosome (polysome); post-translational modification ng isang polypeptide; promoter; RNA at polypeptide processing; ribosome; RNA polymerase; rRNA; specialized transfer; splicing; panimulang punto ng transkripsyon; terminator; pagwawakas ng transkripsyon at pagsasalin; transcript; transkripsyon ng genetic na impormasyon; pagsasalin ng genetic na impormasyon; tRNA ; pagpahaba ng transkripsyon at pagsasalin; A-site ng ribosome; P-site ng ribosome.

Sa unang quarter ng XX siglo. ipinakita na ang mga elementarya na minanang katangian ay dahil sa mga materyal na yunit ng pagmamana - mga gene na naisalokal sa mga chromosome, kung saan sila ay matatagpuan nang sunud-sunod sa isang linear na pagkakasunud-sunod. Sa batayan na ito, nabuo ang T. X. Morgan teorya ng chromosome ng pagmamana, kung saan natanggap niya ang 1933 Nobel Prize sa Physiology o Medicine "para sa kanyang mga pagtuklas tungkol sa papel ng mga chromosome sa pagmamana."

Sinubukan din ng mga siyentipiko na matukoy ang "mga produkto" ng aktibidad ng gene, iyon ay, ang mga molecule na na-synthesize sa mga cell na nasa ilalim ng kanilang kontrol. Sa mga gawa nina Ephrussi, Beadle at Tatum, sa bisperas ng Ikalawang Digmaang Pandaigdig, ang ideya ay iniharap na ang mga gene ay gumagawa ng mga protina, ngunit para dito ang isang gene ay dapat mag-imbak ng impormasyon para sa synthesis ng isang partikular na protina (enzyme). Ang kumplikadong mekanismo para sa pagsasakatuparan ng impormasyong nakapaloob sa DNA at ang pagsasalin nito sa anyo ng isang protina ay natuklasan lamang noong 60s ng huling siglo.

GENETIC CODE.Ang ideya na ang impormasyon tungkol sa pangunahing istraktura ng isang protina ay naka-encode sa isang gene ay ipinakita ni F. Crick sa kanyang sequence hypothesis, ayon sa kung saan ang pagkakasunud-sunod ng mga elemento ng istruktura ng gene ay tumutukoy sa pagkakasunud-sunod ng mga residue ng amino acid sa synthesized polypeptide chain. Iminungkahi ng may-akda ng hypothesis na ang code ay malamang na triplet, na ang coding unit ay kinakatawan ng tatlong pares ng base ng DNA na nakaayos sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Sa katunayan, apat na baseng pares ng DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - ay maaari lamang mag-encode ng 4 na amino acid, kung ipagpalagay natin na ang bawat pares ay tumutugma sa isang amino acid. Ang mga protina ay kilala na binubuo ng 20 pangunahing amino acids. Kung ipagpalagay natin na ang bawat amino acid ay tumutugma sa dalawang pares ng base, 16 na amino acid (4 2) ang maaaring ma-encode. Hindi rin ito sapat. Sa isang triplet code ng apat na base pairs, 64 na codon (4 3) ang maaaring gawin, at ito ay higit pa sa sapat upang mag-encode ng 20 amino acid. Ang pang-eksperimentong ebidensya na ang genetic code ay triplet ay nai-publish noong 1961 (F. Crick et al.). Sa parehong taon, sa V International Biochemical Congress sa Moscow, M. Nirenberg at J. Mattei ay nag-ulat sa pag-decode ng unang codon (UUU - ang codon para sa phenylalanine) at, higit sa lahat, nagmungkahi ng isang paraan para sa pagtukoy ng komposisyon ng mga codon sa cell-free system ng synthesis ng protina.

Dalawang tanong kaagad ang lumitaw: ang code ba ay nagsasapawan at ang code ba ay bumababa?

Kung ang mga codon ay magkakapatong, kung gayon ang pagpapalit ng isang pares ng mga base ay hahantong sa pagpapalit ng dalawa o tatlong amino acid nang sabay-sabay sa synthesized na protina. Sa katotohanan, hindi ito nangyayari, at isinasaalang-alang ang genetic code hindi magkakapatong.

Ang code ay mabulok dahil halos lahat ng amino acid ay nauugnay sa higit sa isang codon, na tumutukoy sa kanilang pagkakaayos sa pangunahing istraktura ng synthesized polypeptide chain. Dalawang amino acid lamang - methionine at tryptophan - ang nauugnay sa mga solong codon - AUG at UGG, ayon sa pagkakabanggit. Ang pagkakaayos ng bawat isa sa tatlong amino acids - arginine, leucine at serine - sa pangunahing istraktura ng polypeptide chain ay tinutukoy ng anim na codon, atbp. (tingnan ang Talahanayan 3.2).

Kabilang sa mga tampok ng genetic code ay din nito versatility(ito ay karaniwang pareho para sa lahat ng nabubuhay na organismo). Gayunpaman, ang mga pagbubukod sa panuntunang ito ay natagpuan din. Noong 1981, ang pagpapasiya ng kumpletong pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng mitochondrial DNA ng tao, na naglalaman ng 16,569 na mga pares ng nucleotide, ay nakumpleto. Ang mga resulta na nakuha ay nagpapahiwatig na ang mitochondrial genome ng mas mataas at mas mababang mga eukaryotes, na nag-encode ng humigit-kumulang sa parehong hanay ng mga function, ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga pagkakaiba sa semantikong kahulugan ng ilang mga codon, mga patakaran ng anticodon-codon recognition, at pangkalahatang istrukturang organisasyon. Kaya, lumabas na, hindi tulad ng karaniwang unibersal na code, ang AUA codon ay nag-encode ng methionine sa halip na isoleucine, at ang AGA at AGG triplets ay hindi mga arginine codon, ngunit mga signal ng pagwawakas. mga broadcast; Ang tryptophan ay naka-encode ng parehong UGG triplet at UGA triplet, na karaniwang gumaganap bilang isang terminator codon.

Sa genetic code, ang iba't ibang mga codon ng parehong amino acid, i.e., magkasingkahulugan na mga codon, ay halos palaging nasa parehong parisukat at naiiba sa isa't isa sa huli sa tatlong nucleotides (ang tanging eksepsiyon ay ang mga codon ng arginine, serenium at leucine , na may anim na codon bawat isa , na hindi magkasya sa isang parisukat, kung saan apat na codon lang ang magkasya). Ang genetic code ay may linear reading order at nailalarawan sa pamamagitan ng colinearity , ibig sabihin, ang pagkakasunod-sunod ng pagkakasunud-sunod ng mga codon sa mRNA na may pagkakasunud-sunod ng pag-aayos ng mga amino acid ng synthesized na half-dipeptide chain.

SYNTHESISPROTEIN SA ISANG CAGE. Ang pagpaparami at pagkilos ng mga gene ay nauugnay sa mga proseso ng matrix: ang synthesis ng macromolecules - DNA, RNA, mga protina. Isinaalang-alang na sa itaas ang pagtitiklop bilang isang proseso na nagsisiguro sa pagpaparami ng genetic na impormasyon. Ang modernong teorya ng gene, isang tagumpay ng molecular genetics, ay lubos na umaasa sa tagumpay ng biochemistry sa pag-aaral ng mga proseso ng matrix. Sa kabaligtaran, ang paraan ng pagsusuri ng genetic ay gumagawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-aaral ng mga proseso ng matrix, na sila ay nasa ilalim ng genetic control. Isaalang-alang ang pagkilos ng isang gene na nagbibigay transkripsyon, o RNA synthesis, at broadcast, o synthesis ng protina.

TranskripsyonDNA, Ito - paglipat ng genetic na impormasyon na naka-encode sa isang sequence ng mga pares ng nucleotide mula sa isang double-stranded na molekula ng DNA patungo sa isang single-stranded na molekula ng RNA. Ang template para sa RNA synthesis ay isang strand lamang ng DNA, na tinatawag semantiko.

Sa transkripsyon, tulad ng sa ibang mga proseso ng matrix, mayroong tatlong yugto: pagsisimula, pagpahaba at pagwawakas. Ang enzyme na nagsasagawa ng prosesong ito ay tinatawag na DNA-dependent RNA polymerase, o simple RNA~polymerase; sa kasong ito, ang polymerization ng polyribonucleotide (RNA) ay nangyayari sa direksyon mula sa 5 "hanggang 3" na dulo ng lumalaking chain.

Ang synthesis ng mga enzyme at iba pang mga protina na kinakailangan para sa buhay at pag-unlad ng mga organismo ay nangyayari pangunahin sa unang yugto ng interphase, bago ang simula ng pagtitiklop ng DNA.

Bilang resulta ng transkripsyon, ang namamana na impormasyon na naitala sa DNA ng gene ay tiyak na-transcribe(muling isinulat) sa nucleotide sequence ng kadiliman. Nagsisimula ang synthesis ng mRNA sa lugar ng pagsisimula ng transkripsyon na tinatawag tagataguyod. Ang promoter ay matatagpuan sa harap ng gene at may kasamang humigit-kumulang 80 base pairs (sa mga virus at bacteria, ang rehiyong ito ay tumutugma sa halos isang pagliko ng DNA helix at may kasamang mga 10 base pairs). Ang mga promoter na nucleotide sequence ay kadalasang naglalaman ng mga pares ng ATs, kaya naman tinatawag din itong mga TATA sequence.

Ang transkripsyon ay isinasagawa sa tulong ng RNA polymerase enzymes. Sa eukaryotes, tatlong uri ng RNA polymerases ang kilala: I - responsable para sa synthesis ng rRNA, II - para sa synthesis ng mRNA; III - para sa synthesis ng tRNA at mababang molecular weight rRNA - 5S RNA.

Ang RNA polymerase ay malakas na nagbubuklod sa promoter at naghihiwalay sa mga nucleotide ng mga pantulong na kadena. Pagkatapos ang enzyme na ito ay nagsisimulang gumalaw kasama ang gene (Molekyul ng DNA) at, habang ang mga kadena ay nakadiskonekta, humahantong sa (sense) synthesis ng mRNA sa isa sa mga ito, pagdaragdag, ayon sa pantulong na prinsipyo, adenine sa thymine, uracil sa adenine. , guanine sa cytosine at cytosine sa guanine. Ang mga seksyon ng DNA kung saan nabuo ang polymerase ng mRNA ay muling konektado, at ang synthesized na molekula ng mRNA ay unti-unting nahiwalay sa DNA. Ang pagtatapos ng mRNA synthesis ay tinutukoy ng transcription stop site -- terminator. Ang mga sequence ng nucleotide ng promoter at terminator ay kinikilala ng mga espesyal na protina na kumokontrol sa aktibidad ng RNA polymerase.

Bago lumabas sa nucleus, isang methylated guanine residue na tinatawag na "cap" ay idinagdag sa unang bahagi ng mRNA (5 "end), at humigit-kumulang 200 adenylic acid residues ay idinagdag sa dulo ng mRNA (3" - dulo). Sa form na ito, ang mature na mRNA ay dumadaan sa nuclear membrane papunta sa cytoplasm patungo sa ribosome at pinagsama ito. Ito ay pinaniniwalaan na sa mga eukaryotes, ang "cap" ng mRNA ay kasangkot sa pagbubuklod nito sa maliit na subunit ng ribosome.

I-broadcast mRNA. Ito ay synthesis ng protina sa mga ribosom na itinuro ng isang mRNA template. Sa kasong ito, ang impormasyon ay isinalin mula sa apat na titik na alpabeto ng mga nucleic acid sa dalawampu't titik na alpabeto ng mga pagkakasunud-sunod ng amino acid ng mga polypeptide chain.

Mayroong tatlong yugto sa prosesong ito.

Pag-activate ng mga libreng amino acid - pagbuo aminoacyladenylates bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga amino acid sa ATP sa ilalim ng kontrol ng mga enzyme na tiyak para sa bawat amino acid. Ang mga enzyme na ito ay aminoacyltRNA synthase- lumahok sa susunod na yugto.

Ang Aminoacylation ng tRNA ay ang attachment ng mga residue ng amino acid sa tRNA sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng tRNA at ang aminoacyl-tRNA synthetase complex na may aminoacyladenylates. Sa kasong ito, ang bawat residue ng amino acid ay nakakabit sa tiyak na klase ng tRNA nito.

Talagang pagsasalin, o polimerisasyon ng mga residue ng amino acid na may pagbuo ng mga peptide bond.

Kaya, sa panahon ng pagsasalin, ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides sa mRNA ay isinalin sa kaukulang, mahigpit na iniutos na pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa synthesized na molekula ng protina. Ang proseso ng pagsasalin ay nagsasangkot ng mRNA, ribosome, tRNA, aminoacyl-tRNA synthetases.

Signal pagsisimula ng broadcast sa pro- at eukaryotes, ang OUT codon ay ginagamit kung ito ay matatagpuan sa simula ng mRNA. Sa kasong ito, ito ay "kinikilala" ng isang dalubhasang nagpapasimula ng formylmethionine (sa bacteria) o methionine (sa eukaryotes) tRNA. Sa ibang mga kaso, ang AUG codon ay "basahin" bilang methionine. Ang codon GUG ay maaari ding magsilbi bilang signal ng pagsisimula. Ang interaksyon na ito ay nangyayari sa ribosome sa aminoacyl center nito (A-center), na nakararami sa maliit na subunit ng ribosome.

Ang pakikipag-ugnayan ng AUG codon ng messenger RNA, ang maliit na subunit ng ribosome, at formylmethionyl-tRNA forms kumplikadong pagsisimula. Ang kakanyahan ng pakikipag-ugnayan na ito ay ang pagkakabit nito sa anticode nito sa AUG codon sa mRNA.

Ang UAC ay isang tRNA na nakakuha at nagdadala ng isang molekula ng amino acid methionine (sa bacteria, ang initiator ay tRNA na nagdadala ng formylmethionine). Pagkatapos ay ang malaking subunit ng ribosome (50S*) ay sumali sa complex na ito, na binubuo ng maliit na subunit ng ribosome (30S*), mRNA at tRNA. Bilang resulta, nabuo ang isang ganap na naka-assemble na ribosome, kabilang ang isang molekula ng mRNA at isang initiator na tRNA na may amino acid. Ang ribosome ay mayroon aminoacyl at peptidyl mga sentro.

Ang unang amino acid (methionine) ay unang pumasok sa aminoacyl center. Sa proseso ng pag-attach ng isang mas malaking subunit ng ribosome, ang mRNA ay gumagalaw ng isang codon, ang tRNA ay gumagalaw mula sa aminoacyl center patungo sa peptidyl center. Ang susunod na mRNA codon ay pumapasok sa aminoacyl center, na maaaring kumonekta sa anticodon ng susunod na aminoacyl-tRNA. Mula sa sandaling ito, magsisimula ang ikalawang yugto ng pagsasalin - pagpahaba, kung saan ang cycle ng attachment ng amino acid molecules sa lumalaking polypeptide chain ay paulit-ulit ng maraming beses. Kaya, alinsunod sa codon ng messenger RNA, ang pangalawang molekula ng tRNA na nagdadala ng susunod na amino acid ay pumapasok sa aminoacyl center ng ribosome. Ang tRNA na ito ay nagbubuklod sa anticodon nito sa komplementaryong codon ng mRNA. Kaagad, sa pamamagitan ng pepticyltransferase, ang naunang amino acid (methionine) ay konektado ng carboxyl group (COOH) nito sa amino group (NH 2) ng bagong inihatid na amino acid. Ang isang peptide bond ay nabuo sa pagitan nila. Sa kasong ito, ang isang molekula ng tubig ay inilabas:

Bilang resulta, ang mRNA na naghatid ng methionine ay inilabas, at ang isang dipeptide ay nakakabit na sa tRNA sa aminoacyl center. Para sa karagdagang pagpapatupad ng proseso ng pagpahaba, ang aminoacyl center ay dapat ilabas, na mangyayari.

Bilang resulta ng proseso ng pagsasalin, ang dipeptidyl-tRNA complex ay gumagalaw mula sa aminoacyl center patungo sa peptidyl one. Ito ay dahil sa paggalaw ng ribosome ng isang codon na may partisipasyon ng enzyme mga translocase at kadahilanan ng pagpapahaba ng protina. Ang pinakawalan na tRNA at ang mRNA codon na nakatali dito ay lumabas sa ribosome. Ang susunod na tRNA ay naghahatid ng isang amino acid sa bakanteng aminoacyl center alinsunod sa codon na natanggap doon. Ang amino acid na ito ay naka-link sa nakaraang amino acid sa pamamagitan ng isang peptide bond. Sa kasong ito, ang ribosome ay sumusulong ng isa pang codon, at ang proseso ay paulit-ulit hanggang ang isa sa tatlong mga termination codon (mga nonsense codon), ibig sabihin, UAA, UAG, o UGA, ay pumasok sa aminoacyl center.

Matapos ang pagwawakas ng codon ay pumasok sa aminoacyl center ng ribosome, ang ikatlong yugto ng polypeptide synthesis ay nagsisimula - pagwawakas. Nagsisimula ito sa pag-attach ng isa sa mga kadahilanan ng pagwawakas ng protina sa mRNA termination codon, na humahantong sa pagharang ng karagdagang pagpapahaba ng chain. Ang pagwawakas ng synthesis ay humahantong sa pagpapakawala ng synthesized polypeptide chain at ribosome subunits, na, pagkatapos ng release, dissociate at maaaring makilahok sa synthesis ng susunod na polypeptide chain,

Ang buong proseso ng pagsasalin ay sinamahan ng cleavage ng GTP (guanosine triphosphate) na mga molekula, at ang paglahok ng karagdagang mga kadahilanan ng protina na tiyak sa mga proseso ng pagsisimula (mga kadahilanan ng pagsisimula), pagpahaba (mga kadahilanan ng pagpahaba) at pagwawakas (mga kadahilanan ng pagwawakas) ay kinakailangan. Ang mga protina na ito ay hindi isang mahalagang bahagi ng ribosome, ngunit nakakabit dito sa ilang mga yugto ng pagsasalin. Sa pangkalahatan, ang proseso ng pagsasalin ay pareho sa lahat ng mga organismo.

Ang proseso ng synthesis ng protina ay napaka kumplikado. Bilang karagdagan sa mga nabanggit, maraming iba pang mga enzyme ang nagbibigay ng daloy nito. Sa E. coli mga 100 genes ang natuklasan na kumokontrol sa synthesis ng polypeptides at sa pagbuo ng iba't ibang elemento na bumubuo sa translation apparatus. Dahil sapat ang haba ng molekula ng mRNA, maraming ribosom ang maaaring sumali dito. Sa bawat ribosom na nauugnay sa isang molekula ng mRNA, ang synthesis ng parehong mga molekula ng protina ay nagaganap, gayunpaman, ang synthesis na ito ay nasa iba't ibang yugto, na tinutukoy kung alin sa mga ito ang mas maaga at kung saan ay nakipag-ugnay sa molekula ng mRNA. Habang gumagalaw ang ribosome sa mRNA (mula sa 5"- hanggang sa Z "- end), ang panimulang site ng chain ay inilabas, ang susunod na aktibong ribosome complex ay binuo dito, at ang synthesis ng polypeptide ay nagsisimula muli sa parehong template. Kapag ang ilang mga aktibong ribosome ay nakikipag-ugnayan sa isang molekula ng mRNA, polyribosome, o polysome.

Ang mga polypeptide chain na nabuo sa panahon ng synthesis ng protina ay sumasailalim sa mga post-translational na pagbabagong-anyo at pagkatapos ay nagsasagawa ng kanilang mga tiyak na pag-andar. Pangunahing Istruktura Ang polypeptide ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa loob nito. Ang mga polypeptide chain ay kusang bumubuo ng isang tiyak pangalawa istraktura, na tinutukoy ng likas na katangian ng mga side group ng mga residue ng amino acid (α-helix, nakatiklop na β-layer, random coil). Ang lahat ng ito at iba pang mga tampok na istruktura ay tumutukoy sa ilang nakapirming three-dimensional na pagsasaayos, na tinatawag na tersiyaryo(o spatial) na istraktura ng polypeptide, na mahalagang sumasalamin sa paraan ng polypeptide chain ay nakatiklop sa tatlong-dimensional na espasyo.

Ang mga protina ay maaaring binubuo ng isa o higit pang polypeptide chain. Sa pangalawang kaso, tinawag sila mga oligomeric na protina. Sila ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak quaternary na istraktura. Ang terminong ito ay tumutukoy sa pangkalahatang pagsasaayos ng isang protina na lumitaw sa panahon ng pagsasamahan ng lahat ng mga constituent polypeptide chain nito. Sa partikular, ang istrukturang modelo ng hemoglobin ng tao ay may kasamang dalawang α-chain at dalawang β-chain, na magkakaugnay at bumubuo ng quaternary protein structure.

Ang katumpakan ng polypeptide synthesis ay nakasalalay sa tamang pagbuo ng isang sistema ng mga bono ng hydrogen sa pagitan ng mga codon at anticodon. Bago ang pagsasara ng susunod na peptide bond sa tulong ng mga ribosome, ang kawastuhan ng pagbuo ng isang pares ng codon-anticodon ay nasuri. Ang direktang katibayan na pabor sa aktibong papel ng mga ribosom sa kontrol ng complementarity ng codon-anticodon bond ay ang pagtuklas ng mga mutasyon na nagbabago ng mga ribosomal na protina at sa gayon ay nakakaapekto sa katumpakan ng pagsasalin. Ang mga mutasyon ay tatalakayin sa Kabanata 6.

SPECIALIZED TRANSFER NG GENETIC INFORMATION. RNA REPLICATION.Tatlong uri ng proseso ang kilala sa loob ng balangkas kung saan isinasagawa ang espesyal na paglilipat ng genetic na impormasyon. Ang isa sa mga ito - ang paglipat ng impormasyon mula sa RNA patungo sa RNA - ay maaari lamang maayos sa mga cell na nahawaan ng mga virus, ang genetic na materyal na kung saan ay kinakatawan ng RNA. Ito ay, sa partikular, ang tobacco mosaic virus at marami pang ibang halamang virus, RNA-containing bacteriophage at ilang iba pang virus ng hayop, gaya ng poliovirus. Ang mga viral genomic RNA na ito, single-stranded o double-stranded, ay nagdadala ng mga gene na naka-encode ng mga partikular na RNA replicase na maaaring mag-synthesize ng mga pantulong na molekula ng RNA mula sa template ng RNA. Sila naman, ay maaaring magsilbi bilang mga template para sa synthesis ng mga kopya ng mga parental RNA chain sa katulad na paraan. Ang paglipat ng genetic na impormasyon mula sa RNA patungo sa RNA ay batay din sa prinsipyo ng mga komplementaryong base sa mga hibla ng RNA ng magulang at anak na babae.

Baliktad na transkripsyon. Ang ganitong uri ng espesyal na paglilipat ng genetic na impormasyon hindi mula sa DNA patungo sa RNA, ngunit kabaligtaran mula sa RNA patungo sa DNA, ay natagpuan sa mga selula ng hayop na nahawaan ng ilang uri ng mga virus. Ito ay isang espesyal na uri ng mga virus na naglalaman ng RNA na tinatawag mga retrovirus. Napagtibay na ngayon na ang isa pang uri ng virus ay ang DNA-containing hepatitis virus. AT sa pagbuo nito ay ginagamit din ang paglilipat ng impormasyon mula sa RNA patungo sa DNA.

Ang mga retrovirus ay naglalaman ng mga single-stranded na molekula ng RNA, na ang bawat viral particle ay mayroong dalawang kopya ng RNA genome, ibig sabihin, ang mga virus ng ganitong uri ay ang tanging kilala na iba't ibang diploid na mga virus. Una silang natuklasan sa pamamagitan ng kanilang kakayahang magdulot ng pagbuo ng tumor sa mga hayop. Ang unang virus ng ganitong uri ay inilarawan noong 1911. Pepton Rous, na nakatuklas ng nakakahawang sarcoma sa mga manok.

Matapos makapasok ang retrovirus RNA sa host cell, sumasailalim ang viral genome baligtad na transkripsyon. Sa kasong ito, ang isang RNA-DNA duplex ay unang nabuo, at pagkatapos ay isang double-stranded na DNA. Ang mga hakbang na ito ay nauuna sa pagpapahayag ng mga viral gene sa antas ng protina at ang pagbuo ng mga RNA genome.

Ang enzyme na nag-catalyze sa komplementaryong pagkopya ng RNA upang bumuo ng DNA ay tinatawag reverse transcriptase. Ito ay nakapaloob sa mga retroviral na particle (virion) at naisaaktibo pagkatapos makapasok ang virus sa cell at sirain ang lipid-glycoprotein shell nito.

Parami nang parami ang ebidensya na ang reverse transcription ay nangyayari rin sa iba't ibang eukaryotic cells, at ang reverse transcriptase ay may mahalagang papel sa mga proseso ng genome rearrangement.

Ang mga retrovirus reverse transcriptases ay mahalagang DNA polymerase na maaaring gamitin sa vitro bilang isang template ng DNA. Gayunpaman, mas mahusay silang gumagana sa RNA. Tulad ng lahat ng DNA polymerases, ang mga reverse transcriptases ay hindi makapagpasimula ng synthesis ng mga bagong DNA strands. Ngunit kung ang synthesis ay sinimulan na ng panimulang RNA o ang 3' dulo ng DNA, kung gayon ang enzyme ay mahusay na gumaganap ng synthesis gamit ang DNA strand bilang isang template.

Ang mga retrovirus ay napatunayang isang napakakapaki-pakinabang na tool sa modernong pananaliksik sa genetic engineering. Nagsisilbi sila bilang isang mapagkukunan para sa pagkuha ng halos purong reverse transcriptase, isang enzyme na gumaganap ng malaking papel sa maraming pag-aaral batay sa pag-clone ng mga eukaryotic genes. Kaya, ang isang purified na indibidwal na mRNA na nag-encode ng isang protina na interesado sa isang mananaliksik ay, bilang panuntunan, mas madaling ihiwalay kaysa sa isang genome DNA fragment na naka-encode sa protina na ito. Ang isang kopya ng DNA ng mRNA na ito ay maaaring gawin gamit ang reverse transcriptase at ipasok sa isang angkop na plasmid para sa pag-clone at paggawa ng malalaking halaga ng nais na DNA.

Pagsasalin ng DNA. Ang ikatlong uri ng dalubhasang paglipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA nang direkta sa protina ay naobserbahan lamang sa laboratoryo sa vitro. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, ang ilang mga antibiotic, lalo na ang streptomycin at neomycin, na nakikipag-ugnayan sa mga ribosom ay maaaring magbago ng kanilang mga katangian sa paraang ang mga ribosom ay nagsimulang gumamit ng single-stranded na DNA bilang isang template sa halip na mRNA, kung saan ang base sequence ay direktang isinalin sa amino acid sequence ng synthesized polypeptide.

1. Magbigay ng mga kahulugan ng mga konsepto.
Genetic code - isang hanay ng mga kumbinasyon ng tatlong nucleotides na nag-encode ng 20 uri ng mga amino acid na bumubuo sa protina.
Triplet- tatlong magkakasunod na nucleotides.
Anticodon Isang rehiyon sa tRNA na binubuo ng tatlong hindi magkapares na nucleotides na partikular na nagbubuklod sa isang mRNA codon.
Transkripsyon - ang proseso ng RNA synthesis gamit ang DNA bilang isang template, na nagaganap sa lahat ng mga buhay na selula.
I-broadcast- ang proseso ng synthesis ng protina mula sa mga amino acid sa mRNA (mRNA) template, na isinasagawa ng ribosome.

2. Paghambingin ang mga konsepto ng "genetic information" at "genetic code". Ano ang kanilang mga pangunahing pagkakaiba?
Genetic na impormasyon - impormasyon tungkol sa istraktura ng mga protina, na naka-encode gamit ang isang sequence ng nucleotides - ang genetic code - sa mga gene.
Sa madaling salita, ang genetic code ay ang prinsipyo ng pagtatala ng genetic na impormasyon. Ang impormasyon ay impormasyon, at ang code ay kung paano ipinaparating ang impormasyon.

3. Punan ang "Properties of the genetic code" cluster.
Mga Katangian: triplet, hindi malabo, kalabisan, hindi magkakapatong, polarity, universality.

4. Ano ang biological na kahulugan ng redundancy ng genetic code?
Dahil mayroong 61 codon sa bawat 20 amino acid na bumubuo sa mga protina, ang ilang amino acid ay na-encode ng higit sa isang codon (ang tinatawag na code degeneracy).
Pinapataas ng redundancy na ito ang pagiging maaasahan ng code at ang buong mekanismo ng biosynthesis ng protina.

5. Ipaliwanag kung ano ang matrix synthesis reactions. Bakit sila tinatawag na?
Ito ang synthesis ng mga kumplikadong molekula ng polimer sa mga buhay na selula, na nagaganap batay sa genetic na impormasyon ng cell na naka-encode sa matrix (DNA molecule, RNA). Ang synthesis ng template ay nangyayari sa panahon ng pagtitiklop, transkripsyon at pagsasalin ng DNA. Pinagbabatayan nito ang proseso ng pagpaparami ng sariling uri.

6. Mag-sketch ng tRNA molecule at lagyan ng label ang mga pangunahing bahagi nito.

7. Punan ang talahanayan.

ANG PAPEL NG ORGANIC SUBSTANCES SA PROTEIN BIOSYNTHESIS

8. Ang isa sa mga DNA chain ay may sumusunod na nucleotide sequence:
C-T-T-A-A-C-A-C-C-C-C-T-G-A-C-G-T-G-A-C-G-C-G-G-C- C-G
Isulat ang istraktura ng mRNA na na-synthesize sa strand na ito. Ano ang magiging komposisyon ng amino acid ng fragment ng protina na na-synthesize batay sa impormasyong ito sa ribosome?
mRNA
G-A-A-U-U-G-U-G-G-G-G-A-C-U-G-C-A-C-U-G-C-G-C-C-G- G-C-
Kadena ng polypeptide
Glu-le-trp-gli-ley-gis-cis-ala-gli.

9. I-sketch ang proseso ng synthesis ng protina.

10. Punan ang talahanayan.

MGA YUGTO NG PAGPAPATUPAD NG HEREDITARY INFORMATION SA ISANG CELL

11. Basahin ang § 2.10 at maghanda ng sagot sa tanong na: "Bakit ang pag-decode ng genetic code ay isa sa pinakamahalagang pagtuklas sa siyensya sa ating panahon?"
Ang pag-decipher sa genetic code, ibig sabihin, ang pagtukoy sa "kahulugan" ng bawat codon at ang mga patakaran kung saan binabasa ang genetic na impormasyon, ay itinuturing na isa sa mga pinaka-kapansin-pansin na tagumpay ng molecular biology.
Ito ay pinatunayan na ang code ay pangkalahatan para sa pamumuhay. Ang pagtuklas at pag-decode ng code ay makakatulong sa paghahanap ng mga paraan upang gamutin ang iba't ibang chromosomal at genomic na sakit, pag-aralan ang mekanismo ng mga metabolic na proseso sa antas ng cellular at molekular.
Ang isang malaking halaga ng pang-eksperimentong data ay mabilis na naiipon. Nagsimula na ang isang bagong yugto ng pananaliksik sa DNA. Ang molecular biology ay naging mas kumplikadong supramolecular at cellular system. Ito ay naging posible upang lapitan ang mga problema na nauugnay sa molecular genetics ng eukaryotes, na may mga phenomena ng ontogeny.

12. Piliin ang tamang sagot.
Pagsubok 1
Ang synthesis ng protina ay hindi maaaring mangyari:
2) sa lysosome;

Pagsubok 2
Ang transkripsyon ay:
3) synthesis ng mRNA sa DNA;

Pagsubok 3
Ang lahat ng mga amino acid na bumubuo sa isang protina ay naka-code para sa:
4) 64 triplets.

Pagsubok 4
Kung para sa synthesis ng protina ay kukuha kami ng mga ribosome ng sea bass, enzymes at amino acids ng grey crow, ATP ng mabilis na butiki, wild rabbit mRNA, pagkatapos ay ma-synthesize ang protina:
4) ligaw na kuneho.

13. Magtatag ng isang sulat sa pagitan ng mga katangian ng genetic code at ang kanilang mga katangian.
Mga katangian ng genetic code
1. Tripletity

3. Kakaiba
4. Kagalingan sa maraming bagay
5. Hindi nagsasapawan
6. Polarity
Katangian
A. Ang bawat nucleotide ay bahagi lamang ng isang triplet
B. Ang genetic code ay pareho para sa lahat ng buhay na organismo sa Earth
B. Ang isang amino acid ay na-encode ng tatlong magkakasunod na nucleotides
D. Tinutukoy ng ilang triplet ang simula at pagtatapos ng isang pagsasalin
E. Ang bawat triplet ay nag-encode lamang ng isang partikular na amino acid.
E. Ang amino acid ay maaaring tukuyin ng higit sa isang triplet.

14. Ipasok ang nawawalang elemento.
Nucleotide - Liham
Triplet - Salita
Gene - Mungkahi

15. Ipaliwanag ang pinagmulan at pangkalahatang kahulugan ng salita (term), batay sa kahulugan ng mga ugat na bumubuo dito.

16. Pumili ng isang termino at ipaliwanag kung paano tumutugma ang modernong kahulugan nito sa orihinal na kahulugan ng mga ugat nito.
Ang napiling termino ay transkripsyon.
Correspondence - ang termino ay tumutugma sa orihinal na kahulugan nito, dahil mayroong paglipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa RNA.

17. Bumuo at isulat ang mga pangunahing ideya ng § 2.10.
Ang genetic na impormasyon sa mga buhay na organismo ay naitala gamit ang genetic code. Ang code ay isang hanay ng mga kumbinasyon ng tatlong nucleotides (triplets) na nag-encode ng 20 uri ng mga amino acid na bumubuo sa isang protina. Ang code ay may mga katangian:
1. Tripletity
2. Pagkabulok (redundancy)
3. Kakaiba
4. Kagalingan sa maraming bagay
5. Hindi nagsasapawan
6. Polarity.
Ang mga proseso kung saan ang mga kumplikadong molekula ng polimer ay na-synthesize sa mga buhay na selula ay nangyayari sa batayan ng genetic na impormasyon ng cell na naka-encode sa matrix (DNA molecule, RNA). Ang matrix synthesis ay DNA replication, transcription at translation.

1. Anong sequence ang wastong sumasalamin sa paraan ng pagsasakatuparan ng genetic information? Pumili ng isang tamang sagot:

gene → mRNA → protina → katangian,

Katangian → protina → mRNA → gene → DNA,

RNA → gene → protina → katangian,

Gene → DNA → katangian → protina.

2. Ang protina ay binubuo ng 50 residue ng amino acid. Gaano karaming mga nucleotide ang nasa isang gene? 3. Ang protina ay binubuo ng 130 amino acids. Itakda ang bilang ng mga nucleotide sa mRNA at DNA na nag-encode ng protina na ito, at ang bilang ng mga molekula ng tRNA na kinakailangan para sa synthesis ng protina na ito. Ipaliwanag ang sagot.

4. Ang protina ay binubuo ng 70 amino acids. Tukuyin kung gaano karaming beses ang molekular na timbang ng seksyon ng gene na naka-encode sa protina na ito ay lumampas sa molekular na timbang ng protina, kung ang average na molekular na timbang ng isang amino acid ay 110, at ang isang nucleotide ay 300. Ipaliwanag ang iyong sagot.

6. Ayon sa mga tagubilin ng namamana na impormasyon, ang cell ay nag-synthesize ng isang protina, sa simula kung saan ang mga amino acid ay konektado sa sumusunod na pagkakasunud-sunod: leucine - histidine - asparagine - valine - leucine - tryptophan - valine - arginine - arginine - proline - threonine - serine - tyrosine - lysine - valine .. Tukuyin ang mRNA na kumokontrol sa synthesis ng tinukoy na polypeptide.

7. Aling triplet ang tumutugma sa AAU anticodon sa tRNA?

8. Ang mRNA chain fragment ay may sumusunod na nucleotide sequence: CAGUAUGCUGG. Tukuyin ang nucleotide sequence sa DNA, tRNA anticodons at ang amino acid sequence na tumutugma sa gene fragment na ito.

mitosis, meiosis

1. Sa panahon ng abnormal na mitosis sa kultura ng tissue ng tao, ang isa sa mga maikling chromosome (No. 21) ay hindi nahati, ngunit ganap na napunta sa isa sa mga cell ng anak na babae. Anong mga set ng chromosome ang dadalhin ng bawat daughter cell?

2. Mayroong 16 chromosome sa somatic cell ng isang halaman. Ang isa sa mga cell ay pumasok sa mitosis, ngunit sa yugto ng anaphase, ang spindle ay nawasak ng colchicine. Nakaligtas ang cell, nakumpleto ang mitosis. Tukuyin ang bilang ng mga chromosome at DNA sa cell na ito sa lahat ng yugto ng susunod na cell cycle?

3. Sa proseso ng meiosis, ang isa sa mga homologous chromosome ng tao ay hindi nagbahagi (nondisjunction). Ilang chromosome ang laman ng bawat cell na nabuo bilang resulta ng naturang meiosis?

4. Sa isang selula ng hayop, ang diploid na hanay ng mga kromosom ay 46. Tukuyin ang bilang ng mga molekula ng DNA bago ang meiosis, pagkatapos ng una at pagkatapos ng ikalawang dibisyon?

5. Ang cell ng gonad bago ang meiosis ay may aaBvCC genotype. Sumulat ng mga genotype ng cell:

a) para sa lahat ng mga yugto ng spermatogenesis;

b) para sa lahat ng mga yugto ng oogenesis.

6. Ilang mga itlog ang maaaring gawin ng 500 oocytes ng unang order? 500 oocytes II order? Ipaliwanag ang iyong sagot gamit ang diagram ng oogenesis.