Fehérje szintézise és genetikai kódja - állandóság, változás és tulajdonságok továbbítása - általános mikrobiológia

Fehérje és genetikai kódok szintézise

DNS-replikáció. A baktériumok, valamint a magasabb organizmusokban a DNS a genetikai információ hordozója. Figyelembe véve a sejt szerkezetét, már említettük, hogy a bakteriális DNS egy gyűrűben bezárt kettős hélix. Azonnal felmerül a kérdés: hogyan tárolják az örökletes információkat a sejtek növekedésében és szaporodásában? Megosztásuk előtt a gének ugyanolyan reduplikálódnak vagy replikálódnak. Ezt a folyamatot a Watson és Crick által javasolt DNS-szerkezeti modell és a jelenleg ismert DNS-megduplató mechanizmus alapján kielégítően megmagyarázhatjuk. A kettős hélix DNS két láncolata egymást kiegészíti. A DNS-dezoxiribonukleotid-trifoszfátok szerkezeti elemei mindegyik láncán új láncot állítanak elő; míg az egyes bázisoknál egy komplementer bázist párosítanak, így a két új lánc mindegyike ismét kiegészíti a szülői láncot. Mindkét új kettős hélix egy szülőből és egy új szintetizált láncból áll. A DNS pontos megismétlése garantálja a genetikai információ megőrzését.

DNS transzkripciója. Felmerül egy másik kérdés: hogyan befolyásolja a génekben található információ az enzimek specifikus aktivitását és egyéb tulajdonságait, és hogyan alakul át az enzimfehérje aminosavszekvenciájává? A DNS, amely örökletes információ hordozója, mégis maga nem szolgál mátrixként a polipeptidek szintéziséhez. A fehérjék bioszintézise a riboszómákon történik, amelyek közvetlenül nem érintik a DNS-t. A DNS-ben rögzített információ átvitele a fehérjeszintézis helyére mátrix, vagy információ, ribonukleinsav (mRNS) révén valósul meg. Egy láncból áll, és egy DNS-szálra hasonlít, azzal a különbséggel, hogy a timin (T) DNS-t az RNS-ben uracil (U) helyettesíti. Az mRNS-t az egyik DNS-szálon szintetizáljuk, ennek a mechanizmusnak a mechanizmusa hasonló a DNS-replikáció mechanizmusához. Az mRNS kialakulása az 5'-OH végében kezdődik, és bázisszekvenciája komplementer a DNS szálával. Így az mRNS szintézisében a DNS nukleotidszekvenciáját egyszerűen másoljuk. Ezt a folyamatot transzkripciónak nevezzük, és ellentétben áll a fordításokkal - a nukleotidszekvenciát aminosavszekvenciává alakítjuk át:

A genetikai kód. Mindegyik gént a DNS-molekula egy meghatározott régiója képviseli. A génben lévő specifikus információt a DNS-szálban lévő bázisok szekvenciája határozza meg. "Ábécé", amellyel ez a DNS információ rögzítésre kerül. négyet tartalmaz

A "betűk" az adenin (A), a guanin (G), a timin (T) és a citozin (C) alapjai. Az mRNS-ben a timint uracil (U) helyettesíti.

Az enzimfehérjék specifitását, amelynek szintézisét gének szabályozzák, az aminosavak szekvenciája határozza meg a polipeptidláncokban. Ugyanez a szekvencia határozza meg a fehérje térbeli szerkezetét, az úgynevezett konformációt (másodlagos, tercier és kvaterner szerkezet).

A nukleinsavak nyelvéről az aminosavak nyelvére való lefordításhoz egy speciális kód van. Minden egyes aminosavat három szomszédos nukleotid csoport - egy triplet vagy kód - határoz meg. A nukleinsavban lévő tripletek ezen vagy azok szekvenciája egyedileg meghatározza a polipeptidlánc aminosavainak szekvenciáját; az utóbbi tehát a nukleinsav egy nukleotidikus térképe. A tripletekben 64 különböző nukleotid kombináció lehetséges (15.1. Táblázat). Ha a 20 aminosav mindegyikét csak egy triplettel kódoltuk, akkor 44 lehetséges kombináció maradna használaton kívül. De kiderült, hogy sok aminosavat két vagy több különböző triplet kódol. Egyes hármasok különleges jelentéssel bírnak - a polipeptidlánc "kezdetét" vagy "végét" jelentik. A tripleteket 1, 2, 3; 1, 2, 3 stb. az mRNS-molekula eredetétől.

Az mRNS transzlációja: fehérje szintézis. Az aminosavakat egy polipeptidláncban kombinálják az mRNS triplettei által meghatározott sorrendben. Ebben a folyamatban részt vesz az mRNS, a közlekedési RNS (tRNS). riboszómák, számos enzim, ATP és egyéb tényezők. Először, az ATP jelenlétében lévő aminosavak aktiválódnak aminoacil-AMP-t létrehozva:

Aminosav + ATP -> Aminoacil-AMP + PP;

Az AMP-ből az aminoacilcsoport a tRNS terminális nukleotidjába kerül. Aktiválás és kapcsolódó aminosavat a megfelelő tRNS-ek végzi egy specifikus enzim-amino-acil-tRNS-szintetáz, amely felismer egy .odnoy kézzel, aminosav, és a másik - a megfelelő tRNS. 20 különbözõ aminoacil-tRNS szintetáz van, mindegyik aminosavhoz egy. Amint már említettük, egyes aminosavak nem egy, hanem több kodonnak felelnek meg (azaz a genetikai kód szerint "született"); mindegyik aminosav esetében több tRNS van. Az azonos aminosavra szánt különböző tRNS-eket isoacceptor tRNS-ként is nevezik. Így a megfelelő szintetáz aminosavat több izoceptor tRNS-hez is köthet. A tRNS-molekulában van egy régió, amely komplementer az mRNS kodonnal (antikodon). Az aminosavak kombinációja a riboszómákon történik (15.1. Ábra). A riboszóma az mRNS mentén mozog. kiindulva az 5'-OH végéhez, és minden egyes alkalommal van mozgatva egy másik triplett aminosav transzport tRNS meghatározott helyzetbe, és kapcsolódik az aminocsoportja Karbokam erős megelőző aminosavak (peptidkötés képződik). Tehát a polipeptid lánc növekszik, ahogy a riboszóma az mRNS mentén mozog. Úgy tűnik, egyidejű csavarás a lánc és a összeomló egy labdát által meghatározott aminosav-szekvenciát, és a jellegét oldalláncok (hidrofób és útmutató rofilnye csoport), és ennek eredményeként, a szerkezete miatt vayuschaya specifikus tulajdonságait és a fehérje funkcióját. Az mRNS-hez általában több riboszómát kapcsolnak össze, így több polipeptidláncot egyidejűleg szintetizálnak ugyanazon a mátrixon. Az egyik ilyen riboszómát tartalmazó mRNS-t polysomának nevezik. Az mRNS végén egy kodon, amelyen a formált polipeptid lánc elválasztása a riboszómától (UAA, UAG vagy UGA) függ. Tehát a DNS nukleotidszekvenciája kódolt "utasítás", amely meghatározza (az mRNS segítségével) egy specifikus fehérje szerkezetét. Az a felfogás, hogy a DNS-ről az RNS-ről egy fehérjére átvihetünk információt, a molekuláris biológia "központi gma" -nak nevezzük. Ily módon az információ átadódik minden olyan szervezetben, ahol a DNS a genetikai anyag. A DNS-replikáció, transzkripció és fordítás során ez az univerzális adatátviteli folyamat a piros nyilakkal a fenti ábrán látható. Ez a rendszer az eukarióta, prokarióta és DNS vírusokra alkalmazható.

Az RNS-vírusok közül vannak olyanok, amelyekben az RNS közvetlenül replikálódik az RNS-templáton. Néhány onkogén (tumor) RNS vírus esetében azonban a DNS-szintézist először RNS-sel szabályozzák, azaz Az RNS a DNS-szintézis mátrixaként szolgál. Tehát a vírus RNS-ben lévő információt a reverz transzkripcióval átvisszük a DNS-re (reverz transzkriptáz enzim alkalmazásával, lásd a fenti sémát). Ez az enzim RNS-vírusok által okozott tumorsejtekből izolálható. Alkalmazást talál a géntechnológia területén. Ha például, mint információs CITEL de nem izolált DNS-fragmens, és a megfelelő mRNS, az utóbbit kell „átírt” a DNS-t, amely integrálva van egy plazma do. A reverz transzkriptáz alkalmazásával lehetséges a kívánt DNS in vitro előállítása.

Prokarióta szervezetekben a reverz transzkripció nem található.