Breve descripción de cómo se produce la síntesis de proteínas en una célula. Biosíntesis de proteínas: concisa y comprensible
El papel de las proteínas en la célula y el cuerpo.
El papel de la proteína en la vida celular y las principales etapas de su síntesis. La estructura y funciones de los ribosomas. El papel de los ribosomas en la síntesis de proteínas.
Las proteínas juegan un papel extremadamente importante en los procesos vitales de la célula y el cuerpo, se caracterizan por las siguientes funciones.
Estructural. Forman parte de estructuras intracelulares, tejidos y órganos. Por ejemplo, el colágeno y la elastina sirven como componentes del tejido conectivo: huesos, tendones, cartílagos; la fibroína forma parte de las telarañas de seda; la queratina forma parte de la epidermis y sus derivados (pelo, cuernos, plumas). Forman caparazones (cápsidas) de virus.
enzimático. Todas las reacciones químicas en la célula proceden con la participación de catalizadores biológicos: enzimas (oxidorreductasa, hidrolasa, ligasa, transferasa, isomerasa y liasa).
Regulador. Por ejemplo, las hormonas insulina y glucagón regulan el metabolismo de la glucosa. Las proteínas histonas están involucradas en la organización espacial de la cromatina y, por lo tanto, afectan la expresión génica.
Transporte. La hemoglobina transporta oxígeno en la sangre de los vertebrados, la hemocianina en la hemolinfa de algunos invertebrados, la mioglobina en los músculos. La albúmina sérica sirve para transportar ácidos grasos, lípidos, etc. Las proteínas transportadoras de membrana proporcionan un transporte activo de sustancias a través de las membranas celulares (Na+, K+ -ATPasa). Los citocromos llevan a cabo la transferencia de electrones a lo largo de las cadenas de transporte de electrones de las mitocondrias y los cloroplastos.
Protector. Por ejemplo, los anticuerpos (inmunoglobulinas) forman complejos con antígenos bacterianos y con proteínas extrañas. Los interferones bloquean la síntesis de proteína viral en una célula infectada. El fibrinógeno y la trombina están involucrados en los procesos de coagulación de la sangre.
Contráctil (motor). Las proteínas actina y miosina proporcionan los procesos de contracción muscular y contracción de los elementos del citoesqueleto.
Señal (receptor). Las proteínas de la membrana celular forman parte de los receptores y antígenos de superficie.
proteínas de almacenamiento. Caseína de leche, albúmina de huevo, ferritina (almacena hierro en el bazo).
Toxinas proteicas. toxina diftérica.
Función de energía. Con la descomposición de 1 g de proteína en los productos metabólicos finales (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), se liberan 17,6 kJ o 4,2 kcal de energía.
La biosíntesis de proteínas tiene lugar en cada célula viva. Es más activo en células jóvenes en crecimiento, donde se sintetizan proteínas para la construcción de sus orgánulos, así como en células secretoras, donde se sintetizan proteínas enzimáticas y proteínas hormonales.
Rol principal en la determinación de la estructura de las proteínas pertenece al ADN. Un trozo de ADN que contiene información sobre la estructura de una sola proteína se llama gen. Una molécula de ADN contiene varios cientos de genes. Una molécula de ADN contiene un código para la secuencia de aminoácidos en una proteína en forma de nucleótidos definitivamente combinados.
Síntesis de proteínas - un proceso complejo de múltiples etapas que representa una cadena de reacciones sintéticas que proceden de acuerdo con el principio de síntesis matricial.
En la biosíntesis de proteínas se determinan las siguientes etapas, que tienen lugar en diferentes partes de la célula:
Primera etapa - La síntesis de i-ARN ocurre en el núcleo, durante el cual la información contenida en el gen de ADN se reescribe en i-ARN. Este proceso se llama transcripción (del latín "transcripción" - reescritura).
En la segunda etapa hay una conexión de aminoácidos con moléculas de t-RNA, que consisten secuencialmente en tres nucleótidos: anticodones, con la ayuda de los cuales se determina su codón triplete.
Tercera etapa - este es el proceso de síntesis directa de enlaces polipeptídicos, llamado traducción. Ocurre en los ribosomas.
En la cuarta etapa la formación de la estructura secundaria y terciaria de la proteína, es decir, la formación de la estructura final de la proteína.
Por lo tanto, en el proceso de biosíntesis de proteínas, se forman nuevas moléculas de proteínas de acuerdo con la información exacta incrustada en el ADN. Este proceso asegura la renovación de las proteínas, los procesos metabólicos, el crecimiento y desarrollo de las células, es decir, todos los procesos de la actividad vital celular.
Para estudiar los procesos que ocurren en el cuerpo, necesita saber qué está sucediendo a nivel celular. Donde las proteínas juegan un papel importante. Es necesario estudiar no solo sus funciones, sino también el proceso de creación. Por lo tanto, es importante explicarlo de forma breve y clara. El grado 9 es el más adecuado para esto. Es en esta etapa que los estudiantes tienen los conocimientos suficientes para comprender este tema.
Proteínas: qué es y para qué sirven
Estos compuestos macromoleculares juegan un papel muy importante en la vida de cualquier organismo. Las proteínas son polímeros, es decir, se componen de muchas “piezas” similares. Su número puede variar desde unos pocos cientos hasta miles.
Las proteínas realizan muchas funciones en la célula. Su papel también es importante en los niveles superiores de organización: los tejidos y órganos dependen en gran medida del correcto funcionamiento de varias proteínas.
Por ejemplo, todas las hormonas son de origen proteico. Pero son estas sustancias las que controlan todos los procesos en el cuerpo.
La hemoglobina también es una proteína, consta de cuatro cadenas, que están conectadas en el centro por un átomo de hierro. Esta estructura proporciona la capacidad de transportar oxígeno por los eritrocitos.
Recuerde que todas las membranas contienen proteínas. Son necesarios para el transporte de sustancias a través de la membrana celular.
Hay muchas más funciones de las moléculas de proteína que realizan de manera clara e incuestionable. Estos asombrosos compuestos son muy diversos no solo en sus funciones en la célula, sino también en su estructura.
¿Dónde tiene lugar la síntesis?
El ribosoma es el orgánulo en el que tiene lugar la parte principal del proceso llamado "biosíntesis de proteínas". El grado 9 en diferentes escuelas difiere en el plan de estudios para estudiar biología, pero muchos maestros dan material sobre organelos por adelantado, antes de estudiar traducción.
Por lo tanto, no será difícil para los estudiantes recordar el material cubierto y consolidarlo. Debe tener en cuenta que solo se puede crear una cadena polipeptídica en un orgánulo a la vez. Esto no es suficiente para satisfacer todas las necesidades de la célula. Por lo tanto, hay muchos ribosomas y, con mayor frecuencia, se combinan con el retículo endoplásmico.
Tal EPS se llama áspero. El beneficio de tal “colaboración” es obvio: inmediatamente después de la síntesis, la proteína ingresa al canal de transporte y puede enviarse a su destino sin demora.
Pero si tenemos en cuenta el principio, es decir, la lectura de la información del ADN, podemos decir que la biosíntesis de proteínas en una célula viva comienza en el núcleo. Es allí donde se sintetiza el código genético.
Los materiales necesarios son los aminoácidos, el lugar de síntesis es el ribosoma.
Parece que es difícil explicar cómo procede la biosíntesis de proteínas, breve y claramente, el diagrama del proceso y numerosos dibujos son simplemente necesarios. Ayudarán a transmitir toda la información, además de que los alumnos podrán recordarla más fácilmente.
En primer lugar, para la síntesis necesita un "material de construcción": los aminoácidos. Algunos de ellos son producidos por el cuerpo. Otros solo se pueden obtener de los alimentos, se les llama indispensables.
El número total de aminoácidos es veinte, pero debido a la gran cantidad de opciones en las que se pueden organizar en una cadena larga, las moléculas de proteína son muy diversas. Estos ácidos son similares en estructura, pero difieren en radicales.
Son las propiedades de estas partes de cada aminoácido las que determinan qué estructura se "doblará" la cadena resultante, si formará una estructura cuaternaria con otras cadenas y qué propiedades tendrá la macromolécula resultante.
El proceso de biosíntesis de proteínas no puede proceder simplemente en el citoplasma, necesita un ribosoma. consta de dos subunidades - grandes y pequeñas. En reposo, están separados, pero tan pronto como comienza la síntesis, inmediatamente se conectan y comienzan a trabajar.
Ácidos ribonucleicos tan diferentes e importantes
Para llevar un aminoácido al ribosoma, necesitas un ARN especial llamado transporte. Se abrevia como tRNA. Esta molécula de hoja de trébol de cadena sencilla es capaz de unir un solo aminoácido a su extremo libre y transportarlo al sitio de síntesis de proteínas.
Otro ARN involucrado en la síntesis de proteínas se llama matriz (información). Lleva un componente de síntesis igualmente importante: un código que establece claramente qué aminoácido encadenar a la cadena de proteína resultante.
Esta molécula tiene una estructura monocatenaria, consta de nucleótidos y ADN. Existen algunas diferencias en la estructura primaria de estos ácidos nucleicos, que puedes leer en el artículo comparativo sobre ARN y ADN.
La información sobre la composición de la proteína mRNA recibe del principal custodio del código genético: el ADN. El proceso de lectura y síntesis del ARNm se llama transcripción.
Ocurre en el núcleo, desde donde el ARNm resultante se envía al ribosoma. El ADN en sí no sale del núcleo, su tarea es solo preservar el código genético y transferirlo a la célula hija durante la división.
Cuadro resumen de los principales participantes de la retransmisión
Para describir la biosíntesis de proteínas de manera concisa y clara, simplemente se necesita una tabla. En él, anotaremos todos los componentes y su papel en este proceso, que se llama traducción.
El mismo proceso de creación de una cadena de proteínas se divide en tres etapas. Veamos cada uno de ellos con más detalle. Después de eso, puede explicar fácilmente la biosíntesis de proteínas a todos los que lo deseen de una manera breve y comprensible.
Iniciación - el comienzo del proceso
Esta es la etapa inicial de la traducción, en la que la pequeña subunidad del ribosoma se fusiona con el primer ARNt. Este ácido ribonucleico lleva el aminoácido metionina. La traducción siempre comienza con este aminoácido, ya que el codón de inicio es AUG, que codifica este primer monómero en la cadena proteica.
Para que el ribosoma reconozca el codón de inicio y no comience la síntesis desde la mitad del gen, donde también puede aparecer la secuencia AUG, se ubica una secuencia de nucleótidos especial alrededor del codón de inicio. Es a partir de ellos que el ribosoma reconoce el lugar donde debe sentarse su pequeña subunidad.
Después de la formación del complejo con el ARNm, finaliza el paso de iniciación. Y comienza la etapa principal de traducción.
Alargamiento - el medio de la síntesis
En esta etapa, se produce una acumulación gradual de la cadena de proteínas. La duración de la elongación depende del número de aminoácidos en la proteína.
En primer lugar, la subunidad grande del ribosoma se une a la subunidad pequeña. Y el t-RNA inicial está en él por completo. Afuera, solo queda metionina. Luego, un segundo t-RNA que lleva otro aminoácido ingresa a la subunidad grande.
Si el segundo codón del ARNm coincide con el anticodón en la parte superior de la hoja de trébol, el segundo aminoácido se une al primero a través de un enlace peptídico.
Después de eso, el ribosoma se mueve a lo largo del m-RNA durante exactamente tres nucleótidos (un codón), el primer t-RNA separa la metionina de sí mismo y se separa del complejo. En su lugar hay un segundo t-RNA, al final del cual ya hay dos aminoácidos.
Luego, un tercer ARNt ingresa a la subunidad grande y el proceso se repite. Continuará hasta que el ribosoma llegue a un codón en el ARNm que señale el final de la traducción.
Terminación
Esta etapa es la última, puede parecer muy cruel para algunos. Todas las moléculas y orgánulos que han trabajado tan armoniosamente para crear una cadena polipeptídica se detienen tan pronto como el ribosoma toca un codón terminal.
No codifica ningún aminoácido, por lo que cualquier ARNt que entre en la subunidad grande será rechazado debido a un desajuste. Aquí es donde entran en juego los factores de terminación, que separan la proteína terminada del ribosoma.
El orgánulo en sí puede dividirse en dos subunidades o continuar por el ARNm en busca de un nuevo codón de inicio. Un ARNm puede tener varios ribosomas a la vez. Cada uno de ellos se encuentra en su propia etapa de traducción.. La proteína recién creada está provista de marcadores, con la ayuda de los cuales su destino será claro para todos. Y por EPS se enviará a donde se necesite.
Para comprender el papel de la biosíntesis de proteínas, es necesario estudiar qué funciones puede realizar. Depende de la secuencia de aminoácidos en la cadena. Son sus propiedades las que determinan el secundario, terciario y, a veces, cuaternario (si existe) y su papel en la célula. Puede leer más sobre las funciones de las moléculas de proteína en un artículo sobre este tema.
Cómo obtener más información sobre la transmisión
Este artículo describe la biosíntesis de proteínas en una célula viva. Por supuesto, si estudia el tema con mayor profundidad, le llevará muchas páginas explicar el proceso con todos los detalles. Pero el material anterior debería ser suficiente para una idea general. Los materiales de video en los que los científicos han simulado todas las etapas de la traducción pueden ser muy útiles para la comprensión. Algunos de ellos han sido traducidos al ruso y pueden servir como una excelente guía para estudiantes o simplemente como un video educativo.
Para comprender mejor el tema, debe leer otros artículos sobre temas relacionados. Por ejemplo, sobre o sobre las funciones de las proteínas.
El proceso de biosíntesis de proteínas es extremadamente importante para la célula. Dado que las proteínas son sustancias complejas que juegan un papel importante en los tejidos, son indispensables. Por este motivo, en la célula se realiza toda una cadena de procesos de biosíntesis de proteínas, que transcurren en varios orgánulos. Esto garantiza la reproducción celular y la posibilidad de existencia.
La esencia del proceso de biosíntesis de proteínas.
El único lugar para la síntesis de proteínas es rugoso. Aquí se encuentra la mayor parte de los ribosomas que son responsables de la formación de la cadena polipeptídica. Sin embargo, antes de que comience la etapa de traducción (el proceso de síntesis de proteínas), se requiere la activación del gen, que almacena información sobre la estructura de la proteína. Después de esto, se requiere la copia de esta sección de ADN (o ARN, si se considera la biosíntesis bacteriana).
Después de copiar el ADN, se requiere el proceso de creación de ARN mensajero. En base a ello, se realizará la síntesis de la cadena proteica. Además, todos los pasos que ocurren con la participación de los ácidos nucleicos deben ocurrir en Sin embargo, este no es el lugar donde ocurre la síntesis de proteínas. donde tiene lugar la preparación para la biosíntesis.
Biosíntesis de proteínas ribosómicas
El lugar principal donde se produce la síntesis de proteínas es el orgánulo celular, que consta de dos subunidades. Hay una gran cantidad de estructuras de este tipo en la célula, y se encuentran principalmente en las membranas del retículo endoplásmico rugoso. La biosíntesis en sí ocurre de la siguiente manera: el ARN mensajero formado en el núcleo de la célula sale a través de los poros nucleares hacia el citoplasma y se encuentra con el ribosoma. Luego, el ARNm se empuja hacia el espacio entre las subunidades del ribosoma, después de lo cual se fija el primer aminoácido.
Los aminoácidos se suministran al sitio donde se produce la síntesis de proteínas con la ayuda de una de esas moléculas que puede llevar un aminoácido a la vez. Se unen a su vez, dependiendo de la secuencia de codones del ARN mensajero. Además, la síntesis puede detenerse por un tiempo.
Al moverse a lo largo del ARNm, el ribosoma puede entrar en regiones (intrones) que no codifican aminoácidos. En estos lugares, el ribosoma simplemente se mueve a lo largo del ARNm, pero no se agregan aminoácidos a la cadena. Tan pronto como el ribosoma alcanza el exón, es decir, el sitio que codifica el ácido, se vuelve a unir al polipéptido.
Modificación postsintética de proteínas.
Una vez que el ribosoma alcanza el codón de terminación del ARN mensajero, se completa el proceso de síntesis directa. Sin embargo, la molécula resultante tiene una estructura primaria y aún no puede realizar las funciones reservadas para ella. Para funcionar completamente, una molécula debe organizarse en una determinada estructura: secundaria, terciaria o incluso más compleja, cuaternaria.
Organización estructural de una proteína.
La estructura secundaria es la primera etapa de la organización estructural. Para lograrlo, la cadena polipeptídica primaria debe enrollarse (formar hélices alfa) o plegarse (crear capas beta). Luego, para ocupar aún menos espacio a lo largo, la molécula se contrae aún más y se enrolla en una bola debido a los enlaces de hidrógeno, covalentes e iónicos, así como a las interacciones interatómicas. Por lo tanto, obtenemos un globular
Estructura de la proteína cuaternaria
La estructura cuaternaria es la más compleja de todas. Consta de varias secciones con una estructura globular, conectadas por filamentos fibrilares del polipéptido. Además, la estructura terciaria y cuaternaria puede contener un carbohidrato o un residuo lipídico, lo que amplía el espectro de funciones de las proteínas. En particular, las glicoproteínas, proteínas y carbohidratos, son inmunoglobulinas y realizan una función protectora. Además, las glicoproteínas se encuentran en las membranas celulares y funcionan como receptores. Sin embargo, la molécula no se modifica donde se produce la síntesis de proteínas, sino en el retículo endoplásmico liso. Aquí existe la posibilidad de unión de lípidos, metales y carbohidratos a dominios proteicos.
Primero, establezca la secuencia de pasos en la biosíntesis de proteínas, comenzando con la transcripción. La secuencia completa de procesos que ocurren durante la síntesis de moléculas de proteína se puede combinar en 2 etapas:
Transcripción.
Transmisión.
Las unidades estructurales de información hereditaria son genes, secciones de la molécula de ADN que codifican la síntesis de una proteína en particular. En términos de organización química, el material de herencia y variabilidad de pro y eucariotas no es fundamentalmente diferente. El material genético en ellos se presenta en la molécula de ADN, también es común el principio de registrar la información hereditaria y el código genético. Los mismos aminoácidos en pro y eucariotas están encriptados por los mismos codones.
El genoma de las células procariotas modernas se caracteriza por un tamaño relativamente pequeño, el ADN de Escherichia coli tiene forma de anillo, de aproximadamente 1 mm de largo. Contiene 4 x 10 6 pares de bases, formando alrededor de 4000 genes. En 1961, F. Jacob y J. Monod descubrieron la organización cistrónica o continua de los genes procarióticos, que consisten enteramente en secuencias de nucleótidos codificantes y se realizan en su totalidad durante la síntesis de proteínas. El material hereditario de la molécula de ADN de los procariotas se localiza directamente en el citoplasma de la célula, donde también se localizan el ARNt y las enzimas necesarias para la expresión génica.La expresión es la actividad funcional de los genes, o expresión génica. Por lo tanto, el ARNm sintetizado con ADN puede actuar inmediatamente como molde en el proceso de traducción de la síntesis de proteínas.
El genoma eucariótico contiene mucho más material hereditario. En los seres humanos, la longitud total del ADN en el conjunto diploide de cromosomas es de unos 174 cm, contiene 3 x 10 9 pares de bases e incluye hasta 100 000 genes. En 1977, se descubrió una discontinuidad en la estructura de la mayoría de los genes eucariotas, que se denominó gen "mosaico". Tiene secuencias de nucleótidos codificantes. exónico Y intrón parcelas Solo la información del exón se utiliza para la síntesis de proteínas. El número de intrones varía en diferentes genes. Se ha establecido que el gen de ovoalbúmina de pollo incluye 7 intrones y el gen de procolágeno de mamífero - 50. Las funciones de los intrones de ADN silencioso no se han dilucidado completamente. Se supone que proporcionan: 1) la organización estructural de la cromatina; 2) algunos de ellos están obviamente involucrados en la regulación de la expresión génica; 3) los intrones pueden considerarse como un almacén de información para la variabilidad; 4) pueden desempeñar un papel protector, asumiendo la acción de los mutágenos.
Transcripción
El proceso de reescritura de información en el núcleo celular de una porción de una molécula de ADN a una molécula de ARNm (ARNm) se llama transcripción(lat. Transcriptio - reescritura). Se sintetiza el producto principal del gen, el ARNm. Este es el primer paso en la síntesis de proteínas. En la sección correspondiente de ADN, la enzima ARN polimerasa reconoce el signo del inicio de la transcripción: avance Se considera que el punto de partida es el primer nucleótido de ADN, que la enzima incluye en la transcripción de ARN. Como regla general, las regiones de codificación comienzan con el codón AUG, a veces se usa GUG en bacterias. Cuando la ARN polimerasa se une al promotor, la doble hélice del ADN se desenrosca localmente y una de las hebras se copia según el principio de complementariedad. Se sintetiza ARNm, su velocidad de ensamblaje alcanza los 50 nucleótidos por segundo. A medida que la ARN polimerasa se mueve, la cadena de ARNm crece y cuando la enzima llega al final del sitio de copia: terminador, el ARNm se aleja de la plantilla. Se repara la doble hélice del ADN detrás de la enzima.
La transcripción de los procariotas tiene lugar en el citoplasma. Debido al hecho de que el ADN consiste completamente en codificar secuencias de nucleótidos, el ARNm sintetizado actúa inmediatamente como molde para la traducción (ver arriba).
La transcripción del ARNm en eucariotas ocurre en el núcleo. Comienza con la síntesis de moléculas grandes: precursores (pro-ARNm), llamados ARN inmaduro o nuclear. El producto principal del gen, el pro-ARNm, es una copia exacta de la región de ADN transcrita, incluye exones e intrones. El proceso de formación de moléculas de ARN maduro a partir de precursores se denomina Procesando. La maduración del ARNm ocurre por empalme son esquejes por enzimas restrictasa intrones y conexión de sitios con secuencias de exón transcritas por enzimas ligasa. (Fig.) El ARNm maduro es mucho más corto que las moléculas precursoras de pro-ARNm, el tamaño de los intrones en ellas varía de 100 a 1000 nucleótidos o más. Los intrones representan alrededor del 80% de todo el ARNm inmaduro.
Ahora se ha demostrado que es posible splicing alternativo, en el que las secuencias de nucleótidos se pueden eliminar de una transcripción primaria en sus diferentes regiones y se formarán varios ARNm maduros. Este tipo de splicing es característico del sistema génico de las inmunoglobulinas en los mamíferos, lo que permite formar diferentes tipos de anticuerpos a partir de un solo transcrito de ARNm.
Una vez finalizado el procesamiento, el ARNm maduro se selecciona antes de abandonar el núcleo. Se ha establecido que solo el 5% del ARNm maduro ingresa al citoplasma y el resto se escinde en el núcleo.
Transmisión
Traducción (lat. Translatio - transferencia, transferencia): traducción de la información contenida en la secuencia de nucleótidos de la molécula de ARNm en la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica (Fig. 10). Esta es la segunda etapa de la síntesis de proteínas. La transferencia de ARNm maduro a través de los poros de la envoltura nuclear produce proteínas especiales que forman un complejo con la molécula de ARN. Además del transporte de ARNm, estas proteínas protegen al ARNm de los efectos dañinos de las enzimas citoplasmáticas. En el proceso de traducción, los ARNt desempeñan un papel central, ya que aseguran la correspondencia exacta del aminoácido con el código del triplete de ARNm. El proceso de traducción-descodificación ocurre en los ribosomas y se lleva a cabo en la dirección de 5 a 3. El complejo de ARNm y ribosomas se llama polisoma.
La traducción se puede dividir en tres fases: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación.
En esta etapa se ensambla todo el complejo involucrado en la síntesis de la molécula de proteína. Hay una unión de dos subunidades de ribosomas en un sitio determinado de ARNm, el primer aminoacil - ARNt está unido a él, y esto establece el marco para leer la información. Cualquier molécula de mRNA contiene un sitio que es complementario al rRNA de la subunidad pequeña del ribosoma y está específicamente controlado por él. Junto a él está el codón de inicio de inicio AUG, que codifica el aminoácido metionina.
Alargamiento
- incluye todas las reacciones desde el momento de la formación del primer enlace peptídico hasta la adición del último aminoácido. El ribosoma tiene dos sitios para la unión de dos moléculas de ARNt. El primer t-RNA con el aminoácido metionina se encuentra en una sección, peptidil (P), y a partir de ella comienza la síntesis de cualquier molécula proteica. La segunda molécula de ARNt ingresa al segundo sitio del ribosoma, el aminoacilo (A) y se une a su codón. Se forma un enlace peptídico entre la metionina y el segundo aminoácido. El segundo ARNt se mueve junto con su codón de ARNm hacia el centro peptídico. El movimiento del tRNA con la cadena polipeptídica desde el centro aminoacilo al centro peptidilo va acompañado del avance del ribosoma a lo largo del mRNA mediante un paso correspondiente a un codón. El ARNt que entregó la metionina regresa al citoplasma y se libera el centro de amnoacilo. Recibe un nuevo t-RNA con un aminoácido encriptado por el siguiente codón. Se forma un enlace peptídico entre el tercer y segundo aminoácido, y el tercer ARNt, junto con el codón de ARNm, se mueve hacia el centro peptídico.. El proceso de elongación, elongación de la cadena de proteína. Continúa hasta que uno de los tres codones que no codifican aminoácidos ingresa al ribosoma. Este es un codón terminador y no tiene un ARNt correspondiente, por lo que ninguno de los ARNt puede ocupar un lugar en el centro de aminoacilo.
Terminación
- finalización de la síntesis de polipéptidos. Se asocia con el reconocimiento por parte de una proteína ribosómica específica de uno de los codones de terminación (UAA, UAG, UGA) cuando ingresa al centro aminoacilo. Un factor de terminación especial se une al ribosoma, lo que promueve la separación de las subunidades del ribosoma y la liberación de la molécula de proteína sintetizada. El agua se une al último aminoácido del péptido y su extremo carboxilo se separa del ARNt.
El ensamblaje de la cadena peptídica se realiza a gran velocidad. En bacterias a una temperatura de 37°C, se expresa en la adición de 12 a 17 aminoácidos por segundo al polipéptido. En las células eucariotas, se agregan dos aminoácidos a un polipéptido en un segundo.
La cadena polipeptídica sintetizada luego ingresa al complejo de Golgi, donde se completa la construcción de la molécula de proteína (las estructuras segunda, tercera y cuarta aparecen en sucesión). Aquí hay una complejación de moléculas de proteínas con grasas y carbohidratos.
Todo el proceso de biosíntesis de proteínas se presenta en forma de esquema: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® cadena polipeptídica ® proteína ® complejación de proteínas y su transformación en moléculas funcionalmente activas.
Las etapas de implementación de la información hereditaria también proceden de manera similar: primero, se transcribe en la secuencia de nucleótidos del ARNm y luego se traduce a la secuencia de aminoácidos del polipéptido en los ribosomas con la participación del ARNt.
La transcripción de los eucariotas se lleva a cabo bajo la acción de tres ARN polimerasas nucleares. La ARN polimerasa 1 se encuentra en el nucléolo y es responsable de la transcripción de los genes de ARNr. La ARN polimerasa 2 se encuentra en la savia nuclear y es responsable de la síntesis del precursor de ARNm. La ARN polimerasa 3 es una pequeña fracción en la savia nuclear que sintetiza pequeños ARNr y ARNt. Las ARN polimerasas reconocen específicamente la secuencia de nucleótidos del promotor de la transcripción. El ARNm eucariótico se sintetiza primero como un precursor (pro-ARNm), la información de los exones y los intrones se anula. El ARNm sintetizado es más grande de lo necesario para la traducción y es menos estable.
En el proceso de maduración de la molécula de ARNm, los intrones se cortan con la ayuda de enzimas de restricción y los exones se unen con la ayuda de enzimas ligasa. La maduración del ARNm se denomina procesamiento y la unión de exones se denomina empalme. Por lo tanto, el mRNA maduro contiene solo exones y es mucho más corto que su predecesor, el pro-mRNA. Los tamaños de los intrones varían de 100 a 10.000 nucleótidos o más. Los Inton representan alrededor del 80% de todo el ARNm inmaduro. En la actualidad, se ha probado la posibilidad de splicing alternativo, en el que se pueden delecionar secuencias de nucleótidos de un transcrito primario en sus diferentes regiones y se formarán varios mRNA maduros. Este tipo de splicing es característico del sistema génico de las inmunoglobulinas en los mamíferos, lo que permite formar diferentes tipos de anticuerpos a partir de un solo transcrito de ARNm. Una vez finalizado el procesamiento, el ARNm maduro se selecciona antes de ser liberado al citoplasma desde el núcleo. Se ha establecido que solo entra el 5% del mRNA maduro, y el resto se escinde en el núcleo. La transformación de los transcriptones primarios de los genes eucariotas, asociada con su organización exón-intrón y en relación con la transición del ARNm maduro del núcleo al citoplasma, determina las características de la realización de la información genética de los eucariotas. Por lo tanto, el gen del mosaico eucariótico no es un gen de cistrónoma, ya que no toda la secuencia de ADN se utiliza para la síntesis de proteínas.
La cuestión principal de la genética es la cuestión de la síntesis de proteínas. Resumiendo datos sobre la estructura y síntesis de ADN y ARN, Crick en 1960. propuso una teoría matricial de la síntesis de proteínas basada en 3 disposiciones:
1. Complementariedad de bases nitrogenadas de ADN y ARN.
2. La secuencia lineal de la ubicación de los genes en una molécula de ADN.
3. La transferencia de información hereditaria sólo puede ocurrir de ácido nucleico a ácido nucleico oa proteína.
De proteína a proteína, la transferencia de información hereditaria es imposible. Por lo tanto, solo los ácidos nucleicos pueden ser una plantilla para la síntesis de proteínas.
La síntesis de proteínas requiere:
1. ADN (genes) sobre el que se sintetizan las moléculas.
2. ARN - (i-ARN) o (m-ARN), r-ARN, t-ARN
En el proceso de síntesis de proteínas, se distinguen las etapas: transcripción y traducción.
Transcripción- censo (reescritura) de información sobre la estructura nucleica del ADN al ARN (t-ARN y ARN, r-ARN).
La lectura de la información hereditaria comienza con una determinada sección de ADN, que se denomina promotor. El promotor se encuentra antes del gen e incluye alrededor de 80 nucleótidos.
En la cadena externa de la molécula de ADN, se sintetiza el i-ARN (intermedio), que sirve como matriz para la síntesis de proteínas y, por lo tanto, se denomina matriz. Es una copia exacta de la secuencia de nucleótidos en la cadena de ADN.
Hay regiones en el ADN que no contienen información genética (intrones). Las secciones de ADN que contienen información se llaman exones.
Hay enzimas especiales en el núcleo que cortan los intrones, y los fragmentos de exón se "empalman" en un orden estricto en un hilo común, este proceso se llama "empalme". Durante el empalme, se forma el ARNm maduro, que contiene la información necesaria para la síntesis de proteínas. El ARNm maduro (ARN de matriz) pasa a través de los poros de la membrana nuclear y entra en los canales del retículo endoplásmico (citoplasma) y aquí se combina con los ribosomas.
Transmisión- la secuencia de nucleótidos en i-RNA se traduce en una secuencia estrictamente ordenada de aminoácidos en la molécula de proteína sintetizada.
El proceso de traducción incluye 2 etapas: la activación de aminoácidos y la síntesis directa de una molécula de proteína.
Una molécula de ARNm se une a 5 o 6 ribosomas para formar polisomas. La síntesis de proteínas ocurre en la molécula de ARNm, con los ribosomas moviéndose a lo largo de ella. Durante este período, los aminoácidos en el citoplasma son activados por enzimas especiales secretadas por enzimas secretadas por las mitocondrias, cada una de ellas con su propia enzima específica.
Casi instantáneamente, los aminoácidos se unen a otro tipo de ARN: un ARN soluble de bajo peso molecular que actúa como transportador de aminoácidos para la molécula de ARNm y se denomina transporte (ARNt). El ARNt transporta aminoácidos a los ribosomas a un lugar determinado, donde en ese momento se encuentra la molécula de ARNm. Luego, los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos para formar una molécula de proteína. Al final de la síntesis de proteínas, la molécula se desprende gradualmente del ARNm.
En una molécula de ARNm, se forman de 10 a 20 moléculas de proteína y, en algunos casos, mucho más.
La pregunta más oscura en la síntesis de proteínas es cómo el tRNA encuentra el sitio de mRNA apropiado al que debe unirse el aminoácido que trae.
La secuencia de disposición de las bases nitrogenadas en el ADN, que determina la disposición de los aminoácidos en la proteína sintetizada, es el código genético.
Ya que la misma información hereditaria está “registrada” en los ácidos nucleicos por cuatro caracteres (bases nitrogenadas), y en las proteínas por veinte (aminoácidos). El problema del código genético se reduce a establecer una correspondencia entre ellos. Genetistas, físicos y químicos jugaron un papel importante en descifrar el código genético.
Para descifrar el código genético, en primer lugar, era necesario averiguar cuál es el número mínimo de nucleótidos que pueden determinar (codificar) la formación de un aminoácido. Si cada uno de los 20 aminoácidos estuviera codificado por una base, entonces el ADN tendría que tener 20 bases diferentes, pero en realidad solo hay 4. Obviamente, la combinación de dos nucleótidos tampoco es suficiente para codificar 20 aminoácidos. Solo puede codificar 16 aminoácidos 4 2 = 16.
Luego se propuso que el código incluya 3 nucleótidos 4 3 = 64 combinaciones y, por lo tanto, sea capaz de codificar aminoácidos más que suficientes para formar cualquier proteína. Esta combinación de tres nucleótidos se denomina código de triplete.
El código tiene las siguientes propiedades:
1. El código genético es triplete(cada aminoácido está codificado por tres nucleótidos).
2. Degeneración- un aminoácido puede estar codificado por varios tripletes, a excepción del triptófano y la metionina.
3. En los codones de un aminoácido, los dos primeros nucleótidos son iguales y el tercero cambia.
4. Sin superposición– los tripletes no se superponen entre sí. Un triplete no puede ser parte de otro, cada uno de ellos codifica independientemente su propio aminoácido. Por lo tanto, dos aminoácidos cualesquiera pueden estar cerca en la cadena polipeptídica y cualquier combinación de ellos es posible, es decir, en la secuencia de bases ABCDEFGHI, las tres primeras bases codifican 1 aminoácido (ABC-1), (DEF-2), etc.
5.Universal, aquellos. en todos los organismos, los codones para ciertos aminoácidos son los mismos (desde la manzanilla hasta los humanos). La universalidad del código da testimonio de la unidad de la vida en la tierra.
6. De rodillas- la coincidencia de la disposición de los codones en el ARNm con el orden de los aminoácidos en la cadena polipeptídica sintetizada.
Un codón es un triplete de nucleótidos que codifica para 1 aminoácido.
7. Sin sentido No codifica para ningún aminoácido. La síntesis de proteínas en este sitio se interrumpe.
En los últimos años, ha quedado claro que la universalidad del código genético se viola en las mitocondrias, cuatro codones en las mitocondrias han cambiado de significado, por ejemplo, el codón UGA - responde a triptófano en lugar de "STOP" - el cese de la síntesis de proteínas . AUA - corresponde a metionina - en lugar de "isoleucina".
El descubrimiento de nuevos codones en las mitocondrias puede servir como prueba de que el código evolucionó y de que no lo fue de inmediato.
Deje que la información hereditaria de un gen a una molécula de proteína se pueda expresar esquemáticamente.
ADN - ARN - proteína
El estudio de la composición química de las células mostró que diferentes tejidos de un mismo organismo contienen un conjunto diferente de moléculas de proteínas, aunque tengan el mismo número de cromosomas y la misma información genética hereditaria.
Notamos la siguiente circunstancia: a pesar de la presencia en cada célula de todos los genes de todo el organismo, muy pocos genes funcionan en una sola célula, desde décimas hasta varios por ciento del número total. El resto de las áreas son "silenciosas", están bloqueadas por proteínas especiales. Esto es comprensible, ¿por qué, por ejemplo, los genes de hemoglobina funcionan en una célula nerviosa? Así como la célula dicta qué genes callar y cuáles trabajar, se debe suponer que la célula tiene algún tipo de mecanismo perfecto que regula la actividad de los genes, que determina qué genes deben estar activos en un momento dado y cuáles deben estar activos. en un estado inactivo (represivo). Tal mecanismo, según los científicos franceses F. Jacobo y J. Monod, se denominó inducción y represión.
Inducción- estimulación de la síntesis de proteínas.
Represión- Inhibición de la síntesis de proteínas.
La inducción asegura el trabajo de aquellos genes que sintetizan una proteína o enzima, y que es necesaria en esta etapa de la vida de la célula.
En los animales, las hormonas de la membrana celular juegan un papel importante en el proceso de regulación génica; en plantas, condiciones ambientales y otros inductores altamente especializados.
Ejemplo: cuando se añade hormona tiroidea al medio, se produce una rápida transformación de renacuajos en ranas.
El azúcar de la leche (lactosa) es necesaria para el funcionamiento normal de la bacteria E (Coli). Si el entorno en el que se encuentran las bacterias no contiene lactosa, estos genes se encuentran en un estado represivo (es decir, no funcionan). La lactosa introducida en el medio es un inductor, incluidos los genes responsables de la síntesis de enzimas. Después de la eliminación de la lactosa del medio, se detiene la síntesis de estas enzimas. Por lo tanto, el papel de un represor puede ser desempeñado por una sustancia que se sintetiza en la célula, y si su contenido excede la norma o se agota.
Diferentes tipos de genes están involucrados en la síntesis de proteínas o enzimas.
Todos los genes están en la molécula de ADN.
Sus funciones no son las mismas:
- estructural - Los genes que afectan la síntesis de una enzima o proteína están ubicados en la molécula de ADN secuencialmente uno tras otro en el orden de su influencia en el curso de la reacción de síntesis, o también puede decir genes estructurales: estos son genes que transportan información sobre el secuencia de aminoácidos.
- aceptador- los genes no llevan información hereditaria sobre la estructura de la proteína, regulan el trabajo de los genes estructurales.
Antes de que un grupo de genes estructurales sea un gen común para ellos, operador, y frente a el promotor. En general, este grupo funcional se denomina plumado.
Todo el grupo de genes de un operón se incluye en el proceso de síntesis y se desconecta simultáneamente. Activar y desactivar genes estructurales es la esencia de todo el proceso de regulación.
La función de encender y apagar la realiza una sección especial de la molécula de ADN: operador de genes El operador de genes es el punto de partida de la síntesis de proteínas o, como se suele decir, "lectura" de la información genética. más en la misma molécula a cierta distancia hay un gen, un regulador, bajo el control del cual se produce una proteína llamada represor.
De todo lo anterior, se puede ver que la síntesis de proteínas es muy difícil. El sistema genético celular, utilizando los mecanismos de represión e inducción, puede recibir señales sobre la necesidad de iniciar y finalizar la síntesis de una determinada enzima y llevar a cabo este proceso a una velocidad determinada.
El problema de regular la acción de los genes en los organismos superiores es de gran importancia práctica en la medicina y la ganadería. El establecimiento de los factores que regulan la síntesis de proteínas abriría amplias posibilidades para controlar la ontogenia, creando animales altamente productivos, así como animales resistentes a enfermedades hereditarias.
Preguntas de control:
1. Nombra las propiedades de los genes.
2. ¿Qué es un gen?
3. Cuál es el significado biológico del ADN, ARN.
4. Nombre las etapas de la síntesis de proteínas
5. Enumera las propiedades del código genético.