Alapjai Molekuláris Biológiai
Alapjai Molekuláris Biológiai
I. Fehérje - egy szubsztrátumot az élet
Az alapot a létfontosságú tevékenység az élő szervezetek olyan anyagokat tartalmaznak, átalakítási eljárások (oxidáció, redukció, hasítás, szintézis). Az élet minden sejt asszimilálja és különböző anyagokat, épít és frissíti annak szerkezetét, bizonyos műveleteket hajt végre. Az alapvető építőelemei fehérje a sejt (mátrixok citoplazmájába, magjába, mitokondrium, plasztidok, membrán és nem-membrán organellumok) - egy strukturális proteinek.
Egy speciális csoportját a strukturális proteinek alkotják a kontraktilis fehérjék amelyek mozgásszervi elemei a sejtek (mikrotubulusokat, mikrofilamentumok, mikrorostok), és meghatározza a mozgását sejtek Division, fagocitózis, stb ilyen fehérjék közé tartoznak: .. Actin, tubulin, a miozin és egyéb anyagok konverziós a cellában segítségével enzimek, vegyi anyagok, amelyek alapja a fehérjék. Emiatt a szerkezeti (műanyag) és katalitikus (enzimatikus) függvények olyan függvények a fő fehérje bármilyen sejtben, azt állapítjuk meg, a fehérjék és a sejtek szerkezete és a folyamatok a teljes élettartama alatt. Továbbá fehérjék végre számos funkciója a sejtben, és a szervezet (táblázat. 2).
A fehérjék sokoldalú molekulák és alapvetően hasonló szerkezetű az állatok, növények, baktériumok és vírusok. Mindegyik protein elsődleges szerkezete egy lánc kapcsolt aminosavak peptid kötéssel (polipeptid). De ugyanakkor az élőlények különböző fajok különböznek a fehérje; különböző szövetekben, azt azonos organizmus beépített különféle fehérjék (kötőszövet - a kollagén, az izom - aktin, miozin, mioglobin, köröm, haj - keratin, stb); Vannak egyéni különbségek proteinek szerkezetét szervezetek - így fehérjék specifikusak. Specificitás fehérjék miatt jellemzője az elsődleges szerkezet. Polipeptid lánc különböznek egymástól készlet aminosavszekvenciája azok elrendezése és mennyisége. A különböző fehérjék óriási.
II. nukleinsavak
Egy többsejtes szervezet sejtek differenciálódnak, és ezért, a sejtekben az egy szövet hasonló és különböző szöveti sejtek különböznek morfológiájuk és funkciójuk. Amikor elosztjuk minden egyes cella formák önmagában hasonló leány-sejtekben (a májsejtek képződött máj sejtek, a bőr - a bőr sejtek). Szintetizálásához fehérjék, amelyek jellemzőek az ilyen típusú sejtek reprodukálni magukat - szükség van, hogy a foglalt információk bármely szubsztrát anyag, amely: a) fel lehet használni a folyamat az élet és a b) transzfer leánysejtekbe Division. Ez biztosítja a folyamatos szerkezetének és funkciójának a sejtek és szervezetek generációk. Anyag szubsztrátum - a hordozó genetikai információ DNS (néhány vírus - RNS). Végrehajtása genetikai információ zajlik részvételével különféle RNS (mRNS, tRNS, rRNS). Nukleinsav - biopolimerek álló monomerek nukleotid. Minden nukleotid áll három részből áll: egy szénhidrát-maradékot foszforsavat és egy nitrogéntartalmú bázis. Mindegyik nukleinsavmolekula - a specifikus nukleotidszekvenciával. Amikor a vegyület a nukleotidok lánc kötések alakulnak azon szénhidrátcsoport és a foszforsav. A szénatom az 5-helyzetben a ribóz (dezoxiribóz) egypontos nukleotid-foszfát-csoport kapcsolódik egy szénatomon keresztül a 3. helyzetben az előző nukleotid cukrot.
Így az első nukleotid láncot, amelynek a szabad szénatom az 5-helyzetben, és az utolsó - a 3-helyzetben (. Ábra 9), úgy, hogy a végek
polinukleotid láncok jelöljük 5 és / 3 /. A DNS-molekula két polinukleotid láncok antiparalel, azaz ott, ahol az egyik lánc 5 / vége - a második - 3 / vége, és fordítva.
Alapvetően a DNS szerkezetét és RNS hasonló, de vannak különbségek: A DNS-molekula két polinukleotid láncok (RNS - az egyik szál) a DNS tartalmazza szénhidrát dezoxiribóz (RNS - ribóz) a DNS-ben vannak nitrogéntartalmú bázisok - adenin, timin, guanin , citozin (uracil RNS tartalmazza, timin helyett). Nukleotidok egyszálú DNS (RNS), különböznek csak nitrogén bázis. A két DNS szál nukleotidok csatlakozott hidrogénkötéssel komplementaritás szabály: A-T; D-C.
DNS tartalmazott a sejtmagban az RNS - egy magot (főleg a nukleoláris) és a citoplazmában (hyaloplasm, riboszómák). Ezen kívül néhány sejtszervecskék saját DNS-t, és mindenféle RNS (mitokondriumok plasztiszokban).
DNS fedezték fel 1869 (Miescher), de csak 1953-ban került megfejtették szerkezetét ez a molekula (Watson és Crick).
Az elsődleges biológiai szerepe az, hogy tárolja a DNS-t, és átadása önreprodukciója öröklött (genetikai) információ.
A DNS-szerkezetet univerzálisan (alapvetően ugyanaz minden élő szervezetben), de a különböző DNS-molekulák különböznek egymástól.
A specificitása DNS függ a nukleotid-összetételét, a nukleotidszekvencia nukleotidok száma. Így, mely nukleotidok része a molekulák vannak elhelyezve, és mennyi, függ az információ mennyisége és annak értelmét.
A DNS-szerkezet tartalmaz információt a szerkezet a fehérjék a szervezet és a ribonukleinsav (tRNS, rRNS).
Örökletes berendezést másképpen szerveződnek, a vírusok, a prokarióták és az eukarióták. Vírusok - ez lehet egy DNS-vagy RNS-molekulát (különböző szerkezeti szervezet).
Prokarióták esetében tartalmazza a genetikai berendezés a kettős-szálú cirkuláris DNS-molekula (nukleoid, genofor), amely tartalmazza az alapvető fajok genetikai információt, és a plazmon - gyűjtemény önálló genetikai elemek. Ez a kis kör alakú DNS-molekula - plazmid és episzómák tartalmazó korlátozott információt néhány jellemzője ennek a szervezetnek (R plazmidok antibiotikum-rezisztencia gének; F episzóma képesség meghatározásához reprodukálni). Plazmidok és episzómákból képesek szaporodni, és mozgassa sejtről sejtre konjugáció során.
Eukariótákban a genetikai egység által képviselt szupramolekuláris szerkezetek - kromoszómák, amely a kémiai alapja kromatin (DNS + protein). A kromatin lehet kondenzálva, inaktívak - heterokromatin vagy dekondenzált, aktív - eukromatin (lásd 24. o.). Nem minden eukarióta DNS informatív. A legnagyobb részét képviselik szabályozó szekvenciákat. Sok alkatrész ismétlődnek a genomban (mérsékelt és magas ismétlések).
A fő különbségek a szervezet a genetikai anyag a pro- és eukariótákban -ról a 3. táblázatban.
III. A genetikai kód, jellemzőit
A jelentését a kódolt genetikai információ a DNS-molekulában. A genetikai kód - egy olyan rendszer felvétel a genetikai információ, amelyet a sejtben, a folyamat az élet. Más szavakkal - a rendszer elrendezése nukleotidok DNS-molekula,
meghatározó aminosav szekvencia a fehérje molekula (tipikusan kollinearitás). Az egység a genetikai kód egy nukleotid-triplet a DNS-molekula (kodon), amelyek megfelelnek egy aminosav UET.
A genetikai kód jellemzi:
a) rugalmasság (egy másik módszert felvétel genetikai információ jellegű)
b) triplett (egység genetikai kód - triplett nukleotidok - kodon)
c) a redundancia (degeneráltsága)
g) egyértelmű
d) jelenlétében szemantikai, a terminációs és iniciálókodonokat.
IV. Végrehajtása genetikai információt a sejt
Végrehajtása genetikai információ kerül sor az egész életét a cella alatt fehérjebioszintézist jellemző az ilyen típusú szervezetek (sejtek).
Az intenzitás a fehérjeszintézis a interfázisban maximális, csökken az elejére hasadási a hasadási szinte nulla és után azonnal nő Division. fehérje bioszintézise lehet két szakaszra oszlik: a transzkripció (történik a sejtmagban DNS) és adás (előfordul a citoplazmában a riboszómák).
A funkcionális egység, amely részt vesz a transzkripció cisztron - egy DNS-szegmens, amely három részből áll:
a) promoter (szekvenciák körülbelül 40 bp), amely egy RNS-polimeráz enzimet;
b) megfelelő szekvenciát a strukturális gén;
c) a terminális részét (trailer), ahol a transzkripció megszűnik.
Biológiai entitás transzkripció „újraírás” genetikai információ DNS RNS-sé, és a kémiai - az mRNS szintéziséhez molekulák. Biológiai entitás kisugárzott információt lefordítva a nukleotid nyelv nyelvre aminosavak (megfejteni a genetikai kód), és kémiai - szintézise polipeptidlánc.
Mindkét folyamat kapcsolódnak a mátrix szintézis reakciók, amelyek jellemzik: a jelenléte a referencia molekulához (sablon), az energia egy specifikus enzim, komplementaritási szabályok és a végrehajtás kerül sor három szakaszban (elindítása, meghosszabbítása, megszűnése). A prokariótákban, a szintetizált mRNS azonnal szolgálhat templátként fordításra.
Eukariótákban informatív szekvenciája egy strukturális gén (exonok) elválasztjuk a nem-informatív (intronokat). Az elsődleges transzkriptum magában foglalja mind exonok és intronok - éretlen vagy pro-mRNS-t. Ezután a feldolgozás megkezdése (mRNS érését), miáltal intronokat eltávolítjuk, és az érett mRNS képződik, amely csak exonok. Feldolgozás két szakaszból áll: splicing és módosítása (10. ábra).
Broadcast (10. ábra)
is áll elindítása, meghosszabbítása és megszüntetése.
Hely fordítási riboszómák. A riboszóma két funkciós központ - peptid és amino. Nem működő riboszóma elkülönül két alegységre: kicsi és nagy.
Transzlációs iniciációs kezdődik kötődését az mRNS a kis riboszomális alegység, továbbá szükséges, hogy a szíve fordult peptidil triplett augusztus - az iniciációs kodon. Ezzel a kodon tRNS kötődik-F-metionin, majd a kis és a nagy riboszomális alegység egyesítjük. A riboszóma üzemkész. A aminoacil központ riboszóma mRNS egy másik nukleotid-triplet, amely lehet a kapcsolatot tRNS amelynek antikodont komplementer. Amikor ez történik, a két aminosav (az egyik - a központban aminoacil - F-metionin peptidil központ második) peptid kötés nem fordul elő - képződik dipeptid, iniciációs teljes volt. A riboszóma mozog az mRNS egy triplett, amely a aminoacil közepén ez tRNS mozog a központ peptidil; ez jár dipeptid, és az első tRNS bemegy a citoplazmában. Aminoacil központ ingyenesen, ez egy új kodon, amely érintkezésbe hozhatjuk egy komplementer tRNS antikodont. Így mozog a mRNS, a riboszóma „olvassa” az információt, lefordítja a nyelv az aminosav és polipeptid lánc épül fel. Ez - nyúlás. Megnyúlás amíg az út a riboszóma A központ nem fog megjelenni kodon terminátor. Ezután polipeptidlánc leválasztják a riboszóma, mRNS-t is elválasztjuk a riboszóma, a riboszóma disszociálódik be alegységek, terminációs történik fordítási szakaszában (10. ábra):
Beavatás 1-5. Kiindulási mátrix szintézisét (translation) fordul elő szakaszokban:
1- mRNS-kötésben kis (30 S) riboszóma alegység
2 - Állítsa be a szívében a peptidil (P) AUG-startkodon (az AUG)
3 - tRNS kötődését egy aminosav-formil-metionin-(tRNS - f-met) az AUG kodon (kezdeményező komplex képződését)
4 - összekötő nagy (50 S) riboszóma alegység
5.1 Oktatási kodon-antikodon komplex aminoacil (A) Center
5.2 - kialakulása között peptidkötést formil-metionin és a második aminosavat (a kialakulását a dipeptid)
5.3 - riboszóma átültetés (elmozdulás) az mRNS egy triplett (az első tRNS elhagyja a riboszóma, tRNS második, amely kapcsolódik dipeptidet mozdul el - F a központban, és az új kodon a központban A).
Nyúlás 6 - 9. A mélyedés és a gyorsulás a fordítási folyamatot, ami egy építmény a polipeptid-lánc. Ez áll ismétlődő lépésekből áll:
6 - szállító aminosavak a riboszóma keresztül tRNS
7.1 Oktatási kodon-antikodon komplexum a közepén egy
7.2 - a kialakulását a peptid kötést az aminosavak
8 - átültetése mRNS riboszóma egy triplett
Megszűnés 10-11. Vége adás.
10 - A központ megjelenése a másik után átültetés riboszóma terminációs kodon (UAA, UAG, UGA)
P-11.1 központjában destabilizálódik, és elvesztette a kapcsolatot közötti tRNS-t és mRNS
11.2 - polipeptidet lehasítjuk a tRNS
11.3 - mRNS elhagyja a riboszóma
11.4 - disszociációja riboszómák be alegységek
Folyamat azzal kezdődik, egy törés hidrogénkötések között nitrogén-bázisok, a DNS egy részének, amely körülbelül 300 nukleotid-pár - egy helyen az úgynevezett iniciációs pontot. Mivel a szétválasztása DNS-szál az iniciációs pont az, hogy a jobb és a bal oldalon egyidejűleg, DNS antiparallel lánc, és egy DNS-polimeráz enzim működése csak az egyik irányban (kombinálásával nukleotidot az A 5 szénatomos követő 3 szénatomos előző), a szintézis a gyermek láncok eltérő különböző részein azonos replikon. Egy lánc - Leading szintetizált folyamatosan, és a második - leszakadó szintetizált fragmensek (ábra 11b.).
A kör 3 / _5 / közel a iniciációs pontot egy adott nukleotidszekvencia - iniciációs helyet, amelynél az RNS szintetizálódik kis molekula (egy RNS-láncindító). Az RNS-mentes alapozó 3 / - végén, amelyre az első nukleotid kapcsolódik DNS hozzá második, stb Ennek eredményeképpen, a vezető leányvállalata lánc szintetizált ... A szemközti, antiparalel áramkör (5 / -3 /) nincs iniciációs helyet, és meghosszabbítja azt az időt, amíg
eredményeként megrepedése hidrogénkötések megtalálható egy ilyen site; RNS primernek szintetizálódik, és belőle az irányával ellentétes irányba szétválasztása DNS fragmens kis kiegészítő áramkört. Elválasztása után a következő része a DNS-molekula, RNS-molekula következő primer megtalálása annak helyén, és szintetizált új DNS-fragmens leányvállalata lánc az 5 / -3 / stb Így, ez az áramkör szintetizálódik kis fragmentumokat (Okazaki fragmensek) és a leszakadó időben. A másik fele a replikon, ahol van egy szétválasztása a DNS-szálak a másik irányba is, ugyanabban az irányban leányvállalata lánc szintetizált folyamatosan a többi - töredékesen. Ezután, egy restrikciós enzim kivágtuk RNS-primer (egy - a vezető lánc és az egyes Okazaki-fragmens a leszakadó lánc) DNS-polimeráz befejezi DNS molekula helyben kivágtuk RNS primerek és ligáz csatlakozott a fragmentumokat egy olyan folyamatos láncot. Minden új DNS-molekula-lánc régit (szülő) és a második - az új (lánya). Egy ilyen eljárás az úgynevezett félig konzervatív replikáció.
VI. reverz transzkripció
Információk bemutatása áramlási irány egy sejtben, és az azt követő, egymást követő folyamatot nevezik a centrális dogma a molekuláris biológia. A genetikai információ átadását megy abba az irányba,
Azonban kiderült, hogy néha az információ lehet vezetni az RNS DNS-t. Ez a jelenség már vizsgálták a vírusok, a genetikai készülékbe, amely nem képviseli a DNS-t, és RNS-t. Ez a csoport a retrovírusok, amelyek közé tartozik a madárinfluenza-vírus, az AIDS és mások. A bevezetése után vírus a gazdasejt genetikai információ lehetne használni a vírusfehérjék szintézisét szükséges virális RNS szintetizált DNS, majd helyezze be a sejt genomjába. Ez a folyamat ellenőrzése alá kerülnek az enzim reverz transzkriptáz (RT), és az úgynevezett reverz transzkripció. Így az irányt a genetikai információ áramlását a sejtben végső formájában a következőképpen néz ki:
A felfedezés a reverz transzkripció jelenség nagy szerepet játszott a fejlesztés a géntechnológia, a mikrobiológia. Az előzőleg előállított reverz transzkriptázt fontos fehérjeszerű gyógyszerekre (interferon, gamma-globulin, stb) bevezetünk egy mikrobiális sejt mRNS személy információt a szerkezete ezen fehérjék.