Le complexe de protéines adn et arn s'appelle. ADN et gènes

Le sujet de la conférence d'aujourd'hui est la synthèse de l'ADN, de l'ARN et des protéines. La synthèse d'ADN s'appelle réplication ou reduplication (doublement), la synthèse d'ARN s'appelle transcription (réécriture avec de l'ADN), la synthèse protéique réalisée par un ribosome sur l'ARN messager s'appelle traduction, c'est-à-dire qu'on traduit du langage des nucléotides vers le langage de acides aminés.

Nous allons essayer de donner un bref aperçu de tous ces processus, tout en nous attardant plus en détail sur les détails moléculaires, afin de vous donner une idée de la profondeur à laquelle ce sujet a été étudié.

Réplication de l'ADN

La molécule d'ADN, constituée de deux hélices, double lors de la division cellulaire. Le doublement de l'ADN est basé sur le fait que lorsque les brins sont détordus, une copie complémentaire peut être complétée pour chaque brin, obtenant ainsi deux brins de la molécule d'ADN qui copie celle d'origine.

L'un des paramètres de l'ADN est également indiqué ici, c'est le pas de l'hélice, il y a 10 paires de bases pour chaque tour complet, notez qu'un pas n'est pas entre les rebords les plus proches, mais à travers un, puisque l'ADN a une petite rainure et un grand. Les protéines qui reconnaissent la séquence nucléotidique interagissent avec l'ADN par le sillon principal. Le pas de l'hélice est de 34 angströms et le diamètre de la double hélice est de 20 angströms.

La réplication de l'ADN est réalisée par l'enzyme ADN polymérase. Cette enzyme n'est capable de faire croître l'ADN qu'à l'extrémité 3'. Vous vous souvenez que la molécule d'ADN est antiparallèle, ses différentes extrémités sont appelées l'extrémité 3΄ et l'extrémité 5΄. Lors de la synthèse de nouvelles copies sur chaque brin, un nouveau brin est allongé dans le sens de 5΄ à 3΄, et l'autre dans le sens de 3΄ à l'extrémité 5. Cependant, l'ADN polymérase ne peut pas étendre l'extrémité 5΄. Par conséquent, la synthèse d'un brin d'ADN, celui qui se développe dans une direction «pratique» pour l'enzyme, se poursuit en continu (on l'appelle le brin principal ou principal), et la synthèse de l'autre brin s'effectue en bref fragments (ils sont appelés fragments d'Okazaki en l'honneur du scientifique qui les a décrits). Ensuite, ces fragments sont cousus ensemble, et un tel fil est appelé un fil en retard, en général, la réplication de ce fil est plus lente. La structure qui se forme lors de la réplication est appelée fourche de réplication.

Si nous regardons l'ADN répliquant d'une bactérie, et cela peut être observé au microscope électronique, nous verrons qu'il forme d'abord un "œil", puis qu'il se dilate, finalement toute la molécule d'ADN circulaire est répliquée. Le processus de réplication se produit avec une grande précision, mais pas absolu. L'ADN polymérase bactérienne fait des erreurs, c'est-à-dire qu'elle insère le mauvais nucléotide qui se trouvait dans la molécule d'ADN matrice, approximativement à une fréquence de 10-6. Chez les eucaryotes, les enzymes fonctionnent plus précisément, car elles sont plus complexes, le niveau d'erreurs de réplication de l'ADN chez l'homme est estimé à 10-7 - 10 -8. La précision de la réplication peut être différente dans différentes régions du génome, il y a des régions avec une fréquence accrue de mutations et il y a des régions qui sont plus conservatrices, où les mutations se produisent rarement. Et en cela, il convient de distinguer deux processus différents : le processus d'apparition d'une mutation de l'ADN et le processus de fixation de la mutation. Après tout, si les mutations conduisent à une issue mortelle, elles n'apparaîtront pas dans les générations suivantes, et si l'erreur n'est pas fatale, elle sera corrigée dans les générations suivantes, et nous pourrons observer et étudier sa manifestation. Une autre caractéristique de la réplication de l'ADN est que l'ADN polymérase ne peut pas démarrer le processus de synthèse par elle-même, elle a besoin d'une « graine ». Typiquement, un fragment d'ARN est utilisé comme une telle graine. Si nous parlons du génome d'une bactérie, alors il y a un point spécial appelé l'origine (source, début) de la réplication, à ce point il y a une séquence qui est reconnue par l'enzyme qui synthétise l'ARN. Elle appartient à la classe des ARN polymérases, et dans ce cas on l'appelle primase. Les ARN polymérases n'ont pas besoin de graines, et cette enzyme synthétise un court fragment d'ARN - la "graine" même avec laquelle commence la synthèse de l'ADN.

Transcription

Le processus suivant est la transcription. Arrêtons-nous dessus plus en détail.

La transcription est la synthèse d'ARN sur l'ADN, c'est-à-dire que la synthèse d'un brin complémentaire d'ARN sur une molécule d'ADN est réalisée par l'enzyme ARN polymérase. Les bactéries, telles que Escherichia coli, ont une ARN polymérase et toutes les enzymes bactériennes sont très similaires les unes aux autres; dans les organismes supérieurs (eucaryotes) il existe plusieurs enzymes, elles sont appelées ARN polymérase I, ARN polymérase II, ARN polymérase III, elles ont aussi des similitudes avec les enzymes bactériennes, mais elles sont plus compliquées, elles contiennent plus de protéines. Chaque type d'ARN polymérase eucaryote a ses propres fonctions spéciales, c'est-à-dire qu'il transcrit un certain ensemble de gènes. Le brin d'ADN qui sert de matrice pour la synthèse d'ARN pendant la transcription est appelé sens ou matrice. Le second brin d'ADN est dit non-codant (l'ARN complémentaire ne code pas pour les protéines, il est « dénué de sens »).

Il y a trois étapes dans le processus de transcription. La première étape est l'initiation de la transcription - le début de la synthèse d'un brin d'ARN, la première liaison entre les nucléotides est formée. Ensuite, le fil se construit, son allongement - allongement, et lorsque la synthèse est terminée, la terminaison se produit, la libération de l'ARN synthétisé. Dans le même temps, l'ARN polymérase "décolle" l'ADN et est prête pour un nouveau cycle de transcription. L'ARN polymérase bactérienne a été étudiée en détail. Il se compose de plusieurs sous-unités protéiques : deux sous-unités α (ce sont de petites sous-unités), des sous-unités β et β΄ (grandes sous-unités) et une sous-unité ω. Ensemble, ils forment ce qu'on appelle l'enzyme minimale, ou core-enzyme. La sous-unité σ peut être attachée à cette enzyme centrale. La sous-unité σ est nécessaire pour démarrer la synthèse d'ARN, pour initier la transcription. Une fois l'initiation effectuée, la sous-unité σ est détachée du complexe et l'enzyme centrale effectue un travail supplémentaire (allongement de la chaîne). Lorsqu'elle est attachée à l'ADN, la sous-unité σ reconnaît le site où la transcription doit commencer. C'est ce qu'on appelle un promoteur. Un promoteur est une séquence de nucléotides qui indique le début de la synthèse d'ARN. Sans la sous-unité σ, l'enzyme centrale ne peut pas être reconnue par le promoteur. La sous-unité σ associée à l'enzyme centrale est appelée enzyme complète ou holoenzyme.

Après avoir contacté l'ADN, à savoir le promoteur reconnu par la sous-unité σ, l'holoenzyme déroule l'hélice double brin et commence la synthèse de l'ARN. Le tronçon d'ADN non tordu est le point d'initiation de la transcription, le premier nucléotide auquel un ribonucléotide doit être complémentairement attaché. La transcription est initiée, la sous-unité σ part et l'enzyme centrale continue l'allongement de la chaîne d'ARN. Ensuite, la terminaison se produit, l'enzyme-core est libérée et devient prête pour un nouveau cycle de synthèse.

Comment la transcription s'allonge-t-elle ?

L'ARN se développe à l'extrémité 3'. En attachant chaque nucléotide, l'enzyme-core fait un pas le long de l'ADN et se décale d'un nucléotide. Puisque tout dans le monde est relatif, on peut dire que l'enzyme centrale est immobile et que l'ADN est « entraîné » à travers elle. Il est clair que le résultat sera le même. Mais nous parlerons du mouvement le long de la molécule d'ADN. La taille du complexe protéique constituant l'enzyme centrale est de 150 Ǻ. Dimensions de l'ARN polymérase - 150×115×110Ǻ. Autrement dit, c'est une telle nanomachine. La vitesse de l'ARN polymérase peut atteindre 50 nucléotides par seconde. Le complexe de l'enzyme centrale avec l'ADN et l'ARN est appelé complexe d'élongation. Il contient un hybride ADN-ARN. C'est-à-dire que c'est le site où l'ADN est apparié avec l'ARN, et l'extrémité 3' de l'ARN est ouverte pour une croissance ultérieure. La taille de cet hybride est de 9 paires de bases. La région non torsadée de l'ADN est longue d'environ 12 paires de bases.

ARN polymérase liée à l'ADN devant le site sans torsion. Cette région est appelée le duplex d'ADN avant et a une taille de 10 pb. La polymérase est également associée à une partie plus longue de l'ADN appelée duplex arrière de l'ADN. La taille des ARN messagers qui synthétisent les ARN polymérases chez les bactéries peut atteindre 1000 nucléotides ou plus. Dans les cellules eucaryotes, la taille de l'ADN synthétisé peut atteindre 100 000 voire plusieurs millions de nucléotides. Certes, on ne sait pas s'ils existent dans de telles tailles dans les cellules, ou dans le processus de synthèse qu'ils peuvent avoir le temps de traiter.

Le complexe d'allongement est assez stable, car il doit faire un excellent travail. C'est-à-dire qu'en soi, il ne « tombera » pas avec l'ADN. Il est capable de se déplacer dans l'ADN à une vitesse pouvant atteindre 50 nucléotides par seconde. Ce processus est appelé déplacement (ou translocation). L'interaction de l'ADN avec l'ARN polymérase (core-enzyme) ne dépend pas de la séquence de cet ADN, contrairement à la sous-unité σ. Et l'enzyme centrale, en passant par certains signaux de terminaison, achève la synthèse de l'ADN.

Analysons plus en détail la structure moléculaire de l'enzyme de base. Comme mentionné ci-dessus, l'enzyme centrale est constituée de sous-unités α et β. Ils sont reliés de telle manière qu'ils forment, pour ainsi dire, une "bouche" ou une "griffe". Les sous-unités α sont situées à la base de cette "griffe" et remplissent une fonction structurelle. Ils ne semblent pas interagir avec l'ADN et l'ARN. La sous-unité ω est une petite protéine qui a également une fonction structurelle. L'essentiel du travail porte sur la part des sous-unités β et β΄. Sur la figure, la sous-unité β΄ est représentée en haut et la sous-unité β est représentée en bas.

À l'intérieur de la "bouche", appelée canal principal, se trouve le site actif de l'enzyme. C'est ici que se produit la connexion des nucléotides, la formation d'une nouvelle liaison lors de la synthèse de l'ARN. Le canal principal de l'ARN polymérase est l'endroit où réside l'ADN pendant l'élongation. Même dans cette structure, il y a un soi-disant canal secondaire sur le côté, à travers lequel les nucléotides sont fournis pour la synthèse d'ARN.

La distribution des charges à la surface de l'ARN polymérase assure ses fonctions. La distribution est très logique. La molécule d'acide nucléique est chargée négativement. Par conséquent, la cavité du canal principal, où l'ADN chargé négativement doit être maintenu, est tapissée de charges positives. La surface de l'ARN polymérase est constituée d'acides aminés chargés négativement pour empêcher l'ADN de s'y coller.

Il y a près d'un demi-siècle, en 1953, D. Watson et F. Crick ont ​​découvert le principe de l'organisation structurelle (moléculaire) de la substance génique - l'acide désoxyribonucléique (ADN). La structure de l'ADN a donné la clé du mécanisme de reproduction exacte - reduplication - de la substance génique. Ainsi, une nouvelle science est apparue - la biologie moléculaire. Le soi-disant dogme central de la biologie moléculaire a été formulé : ADN - ARN - protéine. Sa signification est que l'information génétique enregistrée dans l'ADN est réalisée sous forme de protéines, mais pas directement, mais à travers un polymère apparenté - l'acide ribonucléique (ARN), et ce chemin des acides nucléiques aux protéines est irréversible. Ainsi, l'ADN est synthétisé sur l'ADN, assurant sa propre reduplication, c'est-à-dire la reproduction du matériel génétique d'origine au fil des générations ; L'ARN est synthétisé à partir de l'ADN, ce qui entraîne la réécriture ou la transcription de l'information génétique sous la forme de multiples copies d'ARN ; Les molécules d'ARN servent de modèles pour la synthèse des protéines - l'information génétique est traduite sous la forme de chaînes polypeptidiques. Dans des cas particuliers, l'ARN peut être transcrit sous forme d'ADN ("transcription inverse"), et également copié sous forme d'ARN (réplication), mais une protéine ne peut jamais être une matrice pour les acides nucléiques (voir pour plus de détails).

C'est donc l'ADN qui détermine l'hérédité des organismes, c'est-à-dire un ensemble de protéines et de traits apparentés qui se reproduit au fil des générations. La biosynthèse des protéines est le processus central de la matière vivante, et les acides nucléiques lui fournissent, d'une part, un programme qui détermine l'ensemble et les spécificités des protéines synthétisées, et d'autre part, un mécanisme permettant de reproduire fidèlement ce programme au fil des générations. . Par conséquent, l'origine de la vie sous sa forme cellulaire moderne est réduite à l'émergence d'un mécanisme de biosynthèse protéique héréditaire.

BIOSYNTHÈSE DES PROTÉINES

Le dogme central de la biologie moléculaire ne postule qu'un moyen de transférer l'information génétique des acides nucléiques aux protéines et, par conséquent, aux propriétés et caractéristiques d'un organisme vivant. L'étude des mécanismes de réalisation de cette voie dans les décennies qui ont suivi la formulation du dogme central a révélé des fonctions bien plus diversifiées de l'ARN que d'être simplement porteur d'informations allant des gènes (ADN) aux protéines et servant de matrice pour la synthèse des protéines. .

Sur la fig. 1 montre un schéma général de la biosynthèse des protéines dans une cellule. ARN messager(ARN messager, ARN messager, ARNm), codant pour des protéines, dont il a été question ci-dessus, n'est qu'une des trois grandes classes d'ARN cellulaires. Leur volume (environ 80%) est une autre classe d'ARN - ARN ribosomique, qui forment le cadre structurel et les centres fonctionnels des particules universelles de synthèse des protéines - les ribosomes. Ce sont les ARN ribosomiques qui sont responsables - à la fois structurellement et fonctionnellement - de la formation de machines moléculaires ultramicroscopiques appelées ribosomes. Les ribosomes reçoivent l'information génétique sous forme de molécules d'ARNm et, programmés par ces dernières, fabriquent des protéines en stricte conformité avec ce programme.

Cependant, pour synthétiser des protéines, une information ou un programme seul ne suffit pas - vous avez également besoin d'un matériau à partir duquel elles peuvent être fabriquées. Le flux de matériel pour la synthèse des protéines va aux ribosomes à travers la troisième classe d'ARN cellulaire - ARN de transfert(ARN de transfert, ARN de transfert, ARNt). Ils se lient de manière covalente - acceptent - les acides aminés, qui servent de matériau de construction pour les protéines, et pénètrent dans les ribosomes sous la forme d'aminoacyl-ARNt. Dans les ribosomes, les aminoacyl-ARNt interagissent avec les codons - combinaisons de trois nucléotides - de l'ARNm, à la suite de quoi les codons sont décodés lors de la traduction.

ACIDES RIBONUCLÉIQUES

Nous avons donc un ensemble d'ARN cellulaires principaux qui déterminent le processus principal de la matière vivante moderne - la biosynthèse des protéines. Ce sont l'ARNm, l'ARN ribosomal et l'ARNt. L'ARN est synthétisé sur l'ADN à l'aide d'enzymes - les ARN polymérases qui effectuent la transcription - en réécrivant certaines sections (segments linéaires) d'ADN double brin sous la forme d'ARN simple brin. Les régions d'ADN codant pour les protéines cellulaires sont transcrites sous forme d'ARNm, tandis que pour la synthèse de nombreuses copies d'ARN ribosomal et d'ARNt, il existe des régions spéciales du génome cellulaire à partir desquelles une réécriture intensive a lieu sans traduction ultérieure en protéines.

Structure chimique de l'ARN. Chimiquement, l'ARN est très similaire à l'ADN. Les deux substances sont des polymères linéaires de nucléotides. Chaque monomère - nucléotide - est un N-glycoside phosphorylé, construit à partir d'un résidu de sucre à cinq carbones - pentose, portant un groupe phosphate sur le groupe hydroxyle du cinquième atome de carbone (liaison ester) et une base azotée au premier atome de carbone ( liaison N-glycosidique). La principale différence chimique entre l'ADN et l'ARN est que le résidu de sucre du monomère d'ARN est le ribose et que le monomère d'ADN est le désoxyribose, qui est un dérivé du ribose, dans lequel il n'y a pas de groupe hydroxyle au deuxième atome de carbone (Fig. 2 ).

Il existe quatre types de bases azotées dans l'ADN et l'ARN : deux bases puriques - l'adénine (A) et la guanine (G) - et deux bases pyrimidiques - la cytosine (C) et l'uracile (U) ou son dérivé méthylé thymine (T).

L'uracile est caractéristique des monomères d'ARN, tandis que la thymine est caractéristique des monomères d'ADN, et c'est la deuxième différence entre l'ARN et l'ADN. Les monomères - ribonucléotides d'ARN ou désoxyribonucléotides d'ADN - forment une chaîne polymère en formant des ponts phosphodiester entre les résidus de sucre (entre le cinquième et le troisième atomes de carbone du pentose). Ainsi, la chaîne polymère d'un acide nucléique - ADN ou ARN - peut être représentée comme un squelette sucre-phosphate linéaire avec des bases azotées comme groupes latéraux.

Structure macromoléculaire de l'ARN. La différence macrostructurale fondamentale entre les deux types d'acides nucléiques est que l'ADN est une simple double hélice, c'est-à-dire une macromolécule de deux brins polymères liés complémentaires, torsadés en hélice autour d'un axe commun (voir [ , ]), et l'ARN est un simple -polymère brin. Dans le même temps, les interactions des groupes latéraux - bases azotées - entre eux, ainsi qu'avec les phosphates et les hydroxyles du squelette sucre-phosphate, conduisent au fait qu'un polymère d'ARN simple brin se replie sur lui-même et se tord en une structure compacte, similaire au repliement d'une chaîne polypeptidique protéique en un globule compact . De cette manière, des séquences nucléotidiques d'ARN uniques peuvent former des structures spatiales uniques.

La structure spatiale spécifique de l'ARN a été démontrée pour la première fois lors du déchiffrement de la structure atomique de l'un des ARNt en 1974 [ , ] (Fig. 3). Le repliement de la chaîne polymère d'ARNt, constituée de 76 monomères nucléotidiques, conduit à la formation d'un noyau globulaire très compact, à partir duquel deux protubérances font saillie à angle droit. Ce sont de courtes doubles hélices similaires à l'ADN, mais organisées par l'interaction de sections d'un même brin d'ARN. L'une des saillies est un accepteur d'acides aminés et est impliquée dans la synthèse de la chaîne polypeptidique protéique sur le ribosome, tandis que l'autre est destinée à une interaction complémentaire avec le triplet codant (codon) de l'ARNm dans le même ribosome. Seule une telle structure est capable d'interagir spécifiquement avec la protéine-enzyme qui fixe l'acide aminé à l'ARNt et avec le ribosome lors de la traduction, c'est-à-dire d'être spécifiquement "reconnue" par eux.

L'étude des ARN ribosomiques isolés a fourni l'exemple frappant suivant de la formation de structures spécifiques compactes à partir de polymères linéaires encore plus longs de ce type. Le ribosome se compose de deux parties inégales - grandes et petites sous-particules ribosomiques (sous-unités). Chaque sous-unité est construite à partir d'un ARN haut polymère et d'une variété de protéines ribosomiques. La longueur des chaînes d'ARN ribosomal est très importante : par exemple, l'ARN de la petite sous-unité du ribosome bactérien contient plus de 1500 nucléotides, et l'ARN de la grande sous-unité contient environ 3000 nucléotides. Chez les mammifères, y compris les humains, ces ARN sont encore plus gros - environ 1900 nucléotides et plus de 5000 nucléotides dans les petites et grandes sous-unités, respectivement.

Il a été montré que des ARN ribosomiques isolés, séparés de leurs partenaires protéiques et obtenus sous forme pure, sont eux-mêmes capables de se replier spontanément en structures compactes similaires en taille et en forme aux sous-unités ribosomiques. La forme des grandes et petites sous-particules est différente et, par conséquent, la forme des grands et petits ARN ribosomiques diffère (Fig. 4). Ainsi, les chaînes linéaires d'ARN ribosomal s'auto-organisent en structures spatiales spécifiques qui déterminent la taille, la forme et, apparemment, l'arrangement interne des sous-particules ribosomiques et, par conséquent, du ribosome entier.

ARN mineurs. Au fur et à mesure que les composants d'une cellule vivante et des fractions individuelles d'ARN cellulaire total étaient étudiés, il est devenu clair que la question ne se limitait pas aux trois principaux types d'ARN. Il s'est avéré que dans la nature, il existe de nombreux autres types d'ARN. Ce sont, tout d'abord, les soi-disant "petits ARN", qui contiennent jusqu'à 300 nucléotides, souvent avec des fonctions inconnues. En règle générale, ils sont associés à une ou plusieurs protéines et sont présents dans la cellule sous forme de ribonucléoprotéines - "petits RNP".

Les petits ARN sont présents dans toutes les parties de la cellule, y compris le cytoplasme, le noyau, le nucléole et les mitochondries. La plupart de ces petits RNP dont les fonctions sont connues sont impliqués dans les mécanismes de traitement post-transcriptionnel des principaux types d'ARN (traitement de l'ARN) - la transformation des précurseurs d'ARNm en ARNm matures (épissage), l'édition d'ARNm, la biogenèse des ARNt, la maturation des ARN ribosomiques. L'un des types les plus abondants de petits RNP (SRP) dans les cellules joue un rôle clé dans le transport des protéines synthétisées à travers la membrane cellulaire. Types connus de petits ARN qui effectuent fonctions de régulation en diffusion. Un petit ARN spécial fait partie de l'enzyme la plus importante responsable du maintien de la réplication de l'ADN dans les générations cellulaires - la télomérase. Il faut dire que leurs tailles moléculaires sont comparables aux tailles des protéines globulaires cellulaires. Ainsi, il apparaît progressivement que le fonctionnement d'une cellule vivante est déterminé non seulement par la variété des protéines qui y sont synthétisées, mais aussi par la présence d'un riche ensemble d'ARN divers, dont les petits ARN imitent largement la compacité et la taille de protéines.

Ribozyme. Toute vie active est construite sur le métabolisme - le métabolisme, et toutes les réactions biochimiques du métabolisme ne se produisent aux vitesses appropriées à la vie que grâce à des catalyseurs spécifiques hautement efficaces créés par l'évolution. Depuis de nombreuses décennies, les biochimistes sont convaincus que la catalyse biologique est toujours et partout réalisée par des protéines appelées enzymes, ou enzymes. Ainsi en 1982-1983. il a été montré qu'il existe dans la nature des types d'ARN qui, comme les protéines, ont une activité catalytique très spécifique [ , ]. De tels catalyseurs d'ARN ont été appelés ribozymes. L'idée de l'exclusivité des protéines dans la catalyse des réactions biochimiques a pris fin.

À l'heure actuelle, le ribosome est également considéré comme un ribozyme. En effet, toutes les données expérimentales disponibles indiquent que la synthèse de la chaîne polypeptidique protéique dans le ribosome est catalysée par l'ARN ribosomal, et non par les protéines ribosomiques. Une région catalytique de gros ARN ribosomal a été identifiée, qui est responsable de la catalyse de la réaction de transpeptidation, à travers laquelle la chaîne polypeptidique protéique est allongée pendant la traduction.

Quant à la réplication de l'ADN viral, son mécanisme n'est pas très différent de la reduplication du matériel génétique - l'ADN - de la cellule elle-même. Dans le cas de l'ARN viral, on réalise des processus qui sont supprimés ou complètement absents dans les cellules normales, où tout l'ARN est synthétisé uniquement sur l'ADN en tant que matrice. Lorsqu'ils sont infectés par des virus contenant de l'ARN, la situation peut être double. Dans certains cas, l'ADN est synthétisé sur l'ARN viral comme matrice ("transcription inverse"), et de nombreuses copies d'ARN viral sont transcrites sur cet ADN. Dans d'autres cas, les plus intéressants pour nous, une chaîne d'ARN complémentaire est synthétisée sur l'ARN viral, qui sert de matrice pour la synthèse - la réplication - de nouvelles copies d'ARN viral. Ainsi, lors d'une infection par des virus contenant de l'ARN, la capacité fondamentale de l'ARN à déterminer la reproduction de sa propre structure est réalisée, comme c'est le cas avec l'ADN.

Multifonctionnalité de l'ARN. En résumant et en passant en revue les connaissances sur les fonctions de l'ARN, nous pouvons parler de l'extraordinaire multifonctionnalité de ce polymère dans la nature. La liste suivante des principales fonctions connues de l'ARN peut être donnée.

Fonction réplicative génétique : capacité structurelle à copier (répliquer) des séquences linéaires de nucléotides à travers des séquences complémentaires. La fonction est réalisée dans les infections virales et est similaire à la fonction principale de l'ADN dans la vie des organismes cellulaires - la reduplication du matériel génétique.

Fonction de codage : programmation de la synthèse protéique par séquences linéaires de nucléotides. C'est la même fonction que l'ADN. Dans l'ADN et l'ARN, les mêmes triplets de nucléotides codent pour 20 acides aminés de protéines, et la séquence de triplets dans une chaîne d'acides nucléiques est un programme d'arrangement séquentiel de 20 types d'acides aminés dans une chaîne polypeptidique protéique.

Fonction de formation de structure : formation de structures tridimensionnelles uniques. Les petites molécules d'ARN pliées de manière compacte sont fondamentalement similaires aux structures tridimensionnelles des protéines globulaires, tandis que les molécules d'ARN plus longues peuvent également former des particules biologiques plus grandes ou leurs noyaux.

Fonction de reconnaissance : interactions spatiales très spécifiques avec d'autres macromolécules (y compris les protéines et autres ARN) et avec de petits ligands. Cette fonction est peut-être la principale dans les protéines. Il est basé sur la capacité d'un polymère à se plier de manière unique et à former des structures tridimensionnelles spécifiques. La fonction de reconnaissance est à la base de la catalyse spécifique.

Fonction catalytique : catalyse spécifique des réactions chimiques par les ribozymes. Cette fonction est similaire à la fonction enzymatique des protéines enzymatiques.

De manière générale, l'ARN nous apparaît comme un polymère tellement étonnant que, semble-t-il, ni le temps de l'évolution de l'Univers, ni l'intellect du Créateur n'auraient dû suffire à son invention. Comme on peut le voir, l'ARN est capable de remplir les fonctions des deux polymères fondamentalement importants pour la vie - l'ADN et les protéines. Il n'est pas surprenant que la question se soit posée avant la science : l'émergence et l'existence autosuffisante du monde de l'ARN pourraient-elles précéder l'émergence de la vie sous sa forme moderne de protéine ADN ?

ORIGINE DE LA VIE

Théorie des coacervats protéiques d'Oparin. Peut-être que la première théorie scientifique bien pensée de l'origine de la vie de manière abiogénique a été proposée par le biochimiste A.I. Oparin dans les années 20 du siècle dernier [,]. La théorie reposait sur l'idée que tout commençait par les protéines, et sur la possibilité, sous certaines conditions, de synthèse chimique spontanée de monomères protéiques - acides aminés - et de polymères ressemblant à des protéines (polypeptides) de manière abiogénique. La publication de la théorie a stimulé de nombreuses expériences dans un certain nombre de laboratoires à travers le monde, qui ont montré la réalité d'une telle synthèse dans des conditions artificielles. La théorie est rapidement devenue généralement acceptée et extraordinairement populaire.

Son postulat principal était que les composés ressemblant à des protéines apparaissant spontanément dans le "bouillon" primaire étaient combinés "en gouttes coacervats - systèmes colloïdaux séparés (sols) flottant dans une solution aqueuse plus diluée. Cela a donné la principale condition préalable à l'émergence d'organismes - le l'isolement d'un certain système biochimique de l'environnement, sa compartimentation. Étant donné que certains composés ressemblant à des protéines de gouttes de coacervat pouvaient avoir une activité catalytique, il est devenu possible de subir des réactions de synthèse biochimique à l'intérieur des gouttes - il y avait un semblant d'assimilation, ce qui signifie une croissance de le coacervat avec sa désintégration ultérieure en parties - reproduction Le coacervat était considéré comme un prototype de cellule vivante (Fig. 5).

Tout était bien pensé et scientifiquement étayé en théorie, à l'exception d'un problème qui a longtemps fermé les yeux sur presque tous les experts dans le domaine de l'origine de la vie. Si spontanément, par des synthèses aléatoires sans matrice dans un coacervat, des constructions uniques réussies de molécules de protéines sont apparues (par exemple, des catalyseurs efficaces qui offrent un avantage pour ce coacervat dans la croissance et la reproduction), alors comment pourraient-ils être copiés pour être distribués dans le coacervat ? , et plus encore pour la transmission aux coacervats descendants ? La théorie n'a pas été en mesure d'offrir une solution au problème de la reproduction exacte - dans le coacervat et dans les générations - de structures protéiques efficaces uniques apparaissant de manière aléatoire.

Le monde de l'ARN en tant que précurseur de la vie moderne. L'accumulation de connaissances sur le code génétique, les acides nucléiques et la biosynthèse des protéines a conduit à l'approbation d'une idée fondamentalement nouvelle sur TOM, selon laquelle tout n'a pas du tout commencé avec des protéines, mais avec de l'ARN [ - ]. Les acides nucléiques sont le seul type de polymères biologiques dont la structure macromoléculaire, en raison du principe de complémentarité dans la synthèse de nouvelles chaînes (pour plus de détails, voir), offre la possibilité de copier leur propre séquence linéaire d'unités monomères, en d'autres termes, la capacité à reproduire (répliquer) le polymère, sa microstructure. Par conséquent, seulement acides nucléiques, mais pas les protéines, peuvent être du matériel génétique, c'est-à-dire des molécules reproductibles qui répètent leur microstructure spécifique au fil des générations.

Pour un certain nombre de raisons, c'est l'ARN, et non l'ADN, qui pourrait représenter le matériel génétique primaire.

Premièrement, dans la synthèse chimique comme dans les réactions biochimiques, les ribonucléotides précèdent les désoxyribonucléotides ; les désoxyribonucléotides sont des produits de modification des ribonucléotides (voir Fig. 2).

Deuxièmement, dans les processus universels les plus anciens du métabolisme vital, ce sont les ribonucléotides, et non les désoxyribonucléotides, qui sont largement représentés, y compris les principaux vecteurs énergétiques tels que les ribonucléosides polyphosphates (ATP, etc.).

Troisièmement, La réplication de l'ARN peut se produire sans aucune implication de l'ADN, et le mécanisme de réplication de l'ADN, même dans le monde vivant moderne, nécessite la participation obligatoire d'une amorce d'ARN dans l'initiation de la synthèse de la chaîne d'ADN.

Quatrième, Possédant la même matrice et les mêmes fonctions génétiques que l'ADN, l'ARN est également capable de remplir un certain nombre de fonctions inhérentes aux protéines, y compris la catalyse de réactions chimiques. Ainsi, il y a toutes les raisons de considérer l'ADN comme une acquisition évolutive ultérieure - comme une modification de l'ARN, spécialisée pour remplir la fonction de reproduction et de stockage de copies uniques de gènes dans le génome cellulaire sans participation directe à la biosynthèse des protéines.

Après la découverte des ARN catalytiquement actifs, l'idée de la primauté de l'ARN à l'origine de la vie a reçu une forte impulsion pour le développement et le concept a été formulé. monde d'ARN autosuffisant, précédant la vie moderne [ , ]. Un schéma possible pour l'émergence du monde de l'ARN est illustré à la fig. 6.

La synthèse abiogénique des ribonucléotides et leur association covalente en oligomères et polymères de type ARN pourraient se produire approximativement dans les mêmes conditions et dans le même contexte chimique que ceux postulés pour la formation d'acides aminés et de polypeptides. Récemment A.B. Chetverin et al (Protein Institute, Russian Academy of Sciences) ont montré expérimentalement qu'au moins certains polyribonucléotides (ARN) dans un milieu aqueux ordinaire sont capables de recombinaison spontanée, c'est-à-dire d'échange de segments de chaîne, par trans-estérification. L'échange de segments de chaînes courtes contre des segments longs devrait conduire à l'allongement des polyribonucléotides (ARN), et cette recombinaison elle-même devrait contribuer à la diversité structurale de ces molécules. Des molécules d'ARN catalytiquement actives pourraient également apparaître parmi eux.

Même l'apparition extrêmement rare de molécules d'ARN uniques capables de catalyser la polymérisation de ribonucléotides ou l'épissage d'oligonucléotides sur une chaîne complémentaire comme sur une matrice [ , ], signifiait la formation du mécanisme de réplication de l'ARN. La réplication des catalyseurs d'ARN eux-mêmes (ribozymes) aurait dû conduire à l'émergence de populations d'ARN auto-réplicantes. En faisant des copies d'eux-mêmes, l'ARN s'est multiplié. Les inévitables erreurs de copie (mutation) et de recombinaison dans les populations d'ARN auto-répliquant ont créé une diversité toujours croissante de ce monde. Ainsi, l'ancien monde supposé de l'ARN est "un monde biologique autosuffisant dans lequel les molécules d'ARN fonctionnaient à la fois comme matériel génétique et comme catalyseurs de type enzymatique" .

L'émergence de la biosynthèse des protéines. De plus, sur la base du monde de l'ARN, la formation des mécanismes de biosynthèse des protéines, l'émergence de diverses protéines à structure et propriétés héréditaires, la compartimentation des systèmes de biosynthèse des protéines et des ensembles de protéines, éventuellement sous forme de coacervats, et l'évolution des ce dernier dans des structures cellulaires - des cellules vivantes (voir Fig. 6) auraient dû avoir lieu. ).

Le problème de la transition de l'ancien monde de l'ARN au monde moderne de la synthèse des protéines est le plus difficile, même pour une solution purement théorique. La possibilité d'une synthèse abiogénique de polypeptides et de substances ressemblant à des protéines n'aide pas à résoudre le problème, car il n'y a pas de manière spécifique par laquelle cette synthèse pourrait être couplée à de l'ARN et tomber sous contrôle génétique. La synthèse génétiquement contrôlée de polypeptides et de protéines devait se développer indépendamment de la synthèse primaire abiogénique, à sa manière, sur la base du monde déjà existant des ARN. Plusieurs hypothèses sur l'origine du mécanisme moderne de biosynthèse des protéines dans le monde de l'ARN ont été proposées dans la littérature, mais, peut-être, aucune d'entre elles ne peut être considérée comme mûrement réfléchie et sans faille en termes de capacités physicochimiques. Je présenterai ma version du processus d'évolution et de spécialisation de l'ARN, conduisant à l'émergence de l'appareil de biosynthèse des protéines (Fig. 7), mais elle ne prétend pas être complète.

Le schéma hypothétique proposé contient deux points essentiels qui semblent fondamentaux.

Premièrement, il est postulé que les oligoribonucléotides synthétisés de manière abiogène se recombinent activement par le mécanisme de transestérification non enzymatique spontanée, conduisant à la formation de chaînes d'ARN allongées et donnant lieu à leur diversité. C'est ainsi que des types d'ARN catalytiquement actifs (ribozymes) et d'autres types d'ARN ayant des fonctions spécialisées pourraient apparaître dans la population d'oligonucléotides et de polynucléotides (voir Fig. 7). De plus, la recombinaison non enzymatique d'oligonucléotides complémentaires se liant à une matrice polynucléotidique pourrait fournir une réticulation (épissage) de fragments complémentaires à cette matrice en une seule chaîne. C'est ainsi, et non par la polymérisation catalysée des mononucléotides, que la copie primaire (propagation) de l'ARN pourrait être réalisée. Bien sûr, si des ribozymes apparaissaient possédant une activité polymérase, alors l'efficacité (précision, vitesse et productivité) de la copie était sur une base complémentaire. matrice devrait avoir augmenté de manière significative.

Deuxième Le point fondamental dans ma version est que l'appareil primaire pour la biosynthèse des protéines est né sur la base de plusieurs types d'ARN spécialisés avant l'avènement de l'appareil pour la réplication enzymatique (polymérase) du matériel génétique - ARN et ADN. Cet appareil primaire comprenait de l'ARN proribosomal catalytiquement actif avec une activité peptidyl transférase; un ensemble de pro-ARNt qui se lient spécifiquement aux acides aminés ou aux peptides courts ; un autre ARN proribosomal capable d'interagir simultanément avec l'ARN proribosomal catalytique, le pro-ARNm et le pro-ARNt (voir Fig. 7). Un tel système pourrait déjà synthétiser des chaînes polypeptidiques grâce à la réaction de transpeptidation catalysée par celui-ci. Parmi les autres protéines catalytiquement actives - les enzymes primaires (enzymes) - sont également apparues des protéines qui catalysent la polymérisation des nucléotides - les réplicases ou les polymérases NK.

Cependant, il est possible que l'hypothèse du monde antique de l'ARN en tant que prédécesseur du monde vivant moderne ne puisse pas obtenir une justification suffisante pour surmonter la principale difficulté - une description scientifiquement plausible du mécanisme de transition de l'ARN et de sa réplication à la biosynthèse des protéines. Il existe une hypothèse alternative attrayante et bien pensée de A.D. Altshtein (Institut de biologie génétique, Académie russe des sciences), qui postule que la réplication du matériel génétique et sa traduction - la synthèse des protéines - sont apparues et ont évolué simultanément et conjuguées, en commençant par l'interaction d'oligonucléotides et d'aminoacyl-nucléotilates synthétisés de manière abiogénique - anhydrides mixtes d'acides aminés et de nucléotides. Mais c'est la prochaine histoire... "Et Shéhérazade attrapa le matin, et elle arrêta le discours permis".)

Littérature

. Watson J.D., Crick F.H.C. Structure moléculaire des acides nucléiques // Nature. 1953. V. 171. P. 738-740.

. Watson J.D., Crick F.H.C. Implications génétiques de la structure de l'acide nucléique désoxyribose // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Spirin A.S. Biologie moderne et sécurité biologique // Bulletin de l'Académie russe des sciences. 1997. N° 7.

. Spirin A.S. Sur la structure macromoléculaire de l'acide ribonucléique natif à haut polymère en solution // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. et coll. Structure tertiaire tridimensionnelle de l'ARN de transfert de phénylalanine de levure // Science. 1974. V. 185. P. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. et coll. Structure de l'ARNt de phénylalanine de levure à une résolution de 3 A // Nature. 1974. V. 250. P. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Auto-organisation des ARN ribosomiques // Structure, Fonction et Génétique des Ribosomes / Eds. Hardesty B. et Kramer G. New York : Springer-Verlag, 1986, pp. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A. Le monde diversifié des petites ribo-nucléoprotéines // The RNA World / Eds. Gesteland R.F. et Atkins J.F. New York : Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, pp. 359-381.

. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. et coll. ARN auto-épissant : Autoexcision et autocyclisation de la séquence intermédiaire d'ARN ribosomal de Tétrahymène

. Bartel D.P., Szostak J.W. Isolement de nouveaux ribozymes à partir d'un large pool de séquences aléatoires // Science. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. Polymérisation d'ARN catalysée par l'ARN à l'aide de nucléosides triphosphates // Nature. 1996 V. 382. P. 373-376.

. Orgel L.E. L'origine de la vie - un examen des faits et des spéculations // Tendances en sciences biochimiques. 1998. V. 23. p. 491-495.

. Altstein AD Origine du système génétique : l'hypothèse du progène // Molecular Biology. 1987. T. 21. S. 309-322.

Spirin Alexander Sergeevich - Académicien, directeur de l'Institut de recherche sur les protéines de l'Académie russe des sciences, membre du Présidium de l'Académie russe des sciences.

Le processus de réalisation de l'information héréditaire en biosynthèse est réalisé avec la participation trois sortes acides ribonucléiques (ARN): informationnel (matrice) - ARNm (ARNm), ribosomal - ARNr et ARNt de transport. Tous les acides ribonucléiques sont synthétisés dans les régions correspondantes de la molécule d'ADN. Ils sont beaucoup plus petits que l'ADN et sont une seule chaîne de nucléotides. Les nucléotides contiennent un résidu d'acide phosphorique (phosphate), un sucre pentose (ribose) et l'une des quatre bases azotées - adénine, cytosine, guanine, uracile. La base azotée, l'uracile, est complémentaire de l'adénine.

Le processus de biosynthèse comprend un certain nombre d'étapes - transcription, épissage et traduction.

La première étape s'appelle la transcription. La transcription se produit dans le noyau cellulaire : l'ARNm est synthétisé au site d'un certain gène de la molécule d'ADN. Un complexe d'enzymes est impliqué dans la synthèse, dont le principal est l'ARN polymérase.

La synthèse de l'ARNm commence par la détection par l'ARN polymérase d'un site spécial dans la molécule d'ADN, qui indique le site du début de la transcription - le promoteur. Après s'être attachée au promoteur, l'ARN polymérase déroule le tour adjacent de l'hélice d'ADN. Deux brins d'ADN divergent à ce stade et la synthèse d'ARNm a lieu sur l'un d'eux. L'assemblage des ribonucléotides dans une chaîne se produit conformément à leur complémentarité avec les nucléotides d'ADN, et également antiparallèlement à la chaîne d'ADN matrice. Du fait que l'ARN polymérase est capable d'assembler un polynucléotide uniquement de l'extrémité 5' vers l'extrémité 3', un seul des deux brins d'ADN peut servir de matrice pour la transcription, à savoir celui qui fait face à l'enzyme avec son 3 ' fin. Une telle chaîne est dite codogène.

L'antiparallélisme de la connexion de deux chaînes polynucléotidiques dans une molécule d'ADN permet à l'ARN polymérase de sélectionner correctement une matrice pour la synthèse d'ARNm.

En se déplaçant le long de la chaîne d'ADN codogène, l'ARN polymérase effectue une réécriture progressive précise de l'information jusqu'à ce qu'elle rencontre une séquence nucléotidique spécifique - un terminateur de transcription. Dans cette région, l'ARN polymérase est séparée à la fois de la matrice d'ADN et de l'ARNm nouvellement synthétisé. Un fragment d'une molécule d'ADN, comprenant un promoteur, une séquence transcrite et un terminateur, forme une unité de transcription, un transcripton.

D'autres études ont montré que le soi-disant pro-ARNm est synthétisé lors de la transcription, un précurseur de l'ARNm mature impliqué dans la traduction. Le pro-ARNm est beaucoup plus gros et contient des fragments qui ne codent pas pour la synthèse de la chaîne polypeptidique correspondante. Dans l'ADN, ainsi que dans les régions codant pour l'ARNr, l'ARNt et les polypeptides, il existe des fragments qui ne contiennent pas d'informations génétiques. Ils sont appelés introns, contrairement aux fragments codants, appelés exons. Les introns se trouvent dans de nombreuses régions des molécules d'ADN. Par exemple, un gène, une région d'ADN codant pour l'ovalbumine de poulet, contient 7 introns, tandis que le gène de l'albumine sérique de rat contient 13 introns. La longueur de l'intron est différente - de 200 à 1000 paires de nucléotides d'ADN. Les introns sont lus (transcrits) en même temps que les exons, de sorte que l'ARNm des pores est beaucoup plus long que l'ARNm mature. La maturation, ou le traitement, de l'ARNm implique la modification du transcrit primaire et l'élimination des régions d'intron non codantes de celui-ci, suivie de la connexion des séquences codantes - les exons. Au cours du traitement, les introns sont "découpés" du pro-ARNm par des enzymes spéciales, et les fragments d'exon sont "épissés" ensemble dans un ordre strict. Au cours du processus d'épissage, un ARNm mature est formé, qui contient les informations nécessaires à la synthèse du polypeptide correspondant, c'est-à-dire la partie informative du gène de structure.

La signification et les fonctions des introns n'ont pas encore été entièrement élucidées, mais il a été établi que si seules des portions d'exons sont lues dans l'ADN, l'ARNm mature ne se forme pas. Le processus d'épissage a été étudié en utilisant l'ovalbumine comme exemple. Il contient un exon et 7 introns. Tout d'abord, le pro-ARNm contenant 7700 nucléotides est synthétisé sur l'ADN. Ensuite, le nombre de nucléotides pro-ARNm diminue à 6800, puis à 5600, 4850, 3800, 3400, etc. jusqu'à 1372 nucléotides correspondant à l'exon. L'ARNm contenant 1372 nucléotides quitte le noyau dans le cytoplasme, pénètre dans le ribosome et synthétise le polypeptide correspondant.

La prochaine étape de la biosynthèse - la traduction - se produit dans le cytoplasme sur les ribosomes avec la participation de l'ARNt.

Les ARN de transfert sont synthétisés dans le noyau, mais fonctionnent à l'état libre dans le cytoplasme de la cellule. Une molécule d'ARNt contient 75 à 95 nucléotides et a une structure assez complexe ressemblant à une feuille de trèfle. Il comporte quatre parties qui revêtent une importance particulière. La "tige" acceptrice est formée par la connexion complémentaire des deux parties terminales de l'ARNt. Il possède 7 paires de bases. L'extrémité 3' de cette tige est un peu plus longue et forme une région simple brin, qui se termine par une séquence CCA avec un groupe OH libre - l'extrémité acceptrice. Un acide aminé transportable est fixé à cette extrémité. Les trois branches restantes sont des séquences de nucléotides appariées complémentaires qui se terminent par des sections non appariées qui forment des boucles. Le milieu de ces branches - anticodon - se compose de 5 paires et contient un anticodon au centre de sa boucle. L'anticodon est composé de 3 nucléotides complémentaires du codon de l'ARNm, qui code pour l'acide aminé transporté par cet ARNt jusqu'au site de synthèse peptidique.

Entre les branches accepteur et anticodon se trouvent deux branches latérales. Dans leurs boucles, ils contiennent des bases modifiées - la dihydrouridine (boucle D) et un triplet T ᴪC, où ᴪ est la pseudouridine (boucle T ᴪC). Entre les branches anticodon et T ᴪC, il y a une boucle supplémentaire, comprenant de 3-5 à 13-21 nucléotides.

L'ajout d'un acide aminé à l'ARNt est précédé de son activation par l'enzyme aminoacyl-ARNt synthétase. Cette enzyme est spécifique pour chaque acide aminé. L'acide aminé activé se fixe à l'ARNt correspondant et est délivré par celui-ci au ribosome.

La place centrale de la traduction appartient aux ribosomes - organites ribonucléoprotéiques du cytoplasme, qui sont présents dans de nombreux éléments. La taille des ribosomes chez les procaryotes est en moyenne de 30 * 30 * 20 nm, chez les eucaryotes - 40 * 40 * 20 nm. Habituellement, leurs tailles sont déterminées en unités de sédimentation (S) - la vitesse de sédimentation lors de la centrifugation dans le milieu approprié. Chez la bactérie E. coli, le ribosome a une taille de 70S et se compose de 2 sous-particules, dont l'une a une constante de 30S, la seconde 50S, et contient 64% d'ARN ribosomal et 36% de protéines.

La molécule d'ARNm sort du noyau dans le cytoplasme et se fixe à une petite sous-unité du ribosome. La traduction commence par le soi-disant codon de départ (initiateur de synthèse) - AUG -. Lorsque l'ARNt délivre un acide aminé activé au ribosome, son anticodon est lié par une liaison hydrogène aux nucléotides du codon complémentaire de l'ARNm. L'extrémité acceptrice de l'ARNt avec l'acide aminé correspondant est attachée à la surface de la grande sous-unité du ribosome. Après le premier acide aminé, un autre ARNt délivre l'acide aminé suivant, et ainsi une chaîne polypeptidique est synthétisée sur le ribosome. Une molécule d'ARNm fonctionne généralement sur plusieurs (5-20) ribosomes à la fois, connectés en polysomes. Le début de la synthèse d'une chaîne polypeptidique s'appelle l'initiation, sa croissance s'appelle l'élogation. La séquence d'acides aminés dans une chaîne polypeptidique est déterminée par la séquence de codons dans l'ARNm. La synthèse de la chaîne polypeptidique s'arrête lorsque l'un des codons - terminateurs - UAA -, - UAG - ou - UGA - apparaît sur l'ARNm. La fin de la synthèse d'une chaîne polypeptidique donnée est appelée terminaison.

Il a été établi que dans les cellules animales, la chaîne polypeptidique s'allonge de 7 acides aminés en une seconde et que l'ARNm avance sur le ribosome de 21 nucléotides. Chez les bactéries, ce processus se déroule 2 à 3 fois plus vite.

Par conséquent, la synthèse de la structure primaire de la molécule protéique - la chaîne polypeptidique - se produit sur le ribosome conformément à l'ordre d'alternance des nucléotides dans la matrice acide ribonucléique - ARNm.

La biosynthèse des protéines (traduction) est l'étape la plus importante dans la mise en œuvre du programme génétique des cellules, au cours de laquelle l'information codée dans la structure primaire des acides nucléiques est traduite dans la séquence d'acides aminés des protéines synthétisées. En d'autres termes, la traduction est la traduction d'un "langage" d'acides nucléiques à quatre lettres (selon le nombre de nucléotides) en un "langage" de protéines à vingt lettres (selon le nombre d'acides aminés protéinogènes). La traduction est effectuée conformément aux règles du code génétique.

Importance M. Nirenberg et J. Mattei, puis S. Ochoa et G. Korans, qu'ils ont commencé en 1961, devaient découvrir le code génétique. aux Etats-Unis. Ils ont développé une méthode et établi expérimentalement la séquence de nucléotides dans les codons d'ARNm qui contrôlent l'emplacement d'un acide aminé donné dans la chaîne polypeptidique. Dans un environnement acellulaire contenant tous les acides aminés, ribosomes, ARNt, ATP et enzymes, M. Nirenberg et J. Mattei ont introduit un biopolymère de type ARNm synthétisé artificiellement, qui est une chaîne de nucléotides identiques - UUU - UUU - UUU - UUU - etc. le biopolymère codait pour la synthèse d'une chaîne polypeptidique ne contenant qu'un seul acide aminé, la phénylalanine ; une telle chaîne est appelée polyphénylalanine. Si l'ARNm était constitué de codons contenant des nucléotides à base azotée cytosine - CCC - CCC - CCC - CCC -, alors une chaîne polypeptidique contenant l'acide aminé proline - polyproline était synthétisée. Des biopolymères d'ARNm artificiels contenant des codons - AGU - AGU - AGU - AGU - ont synthétisé une chaîne polypeptidique à partir de l'acide aminé sérine - polysérine, etc.

Transcription inversée.

La transcription inverse est le processus de formation d'ADN double brin sur une matrice d'ARN simple brin. Ce processus est appelé transcription inverse, car le transfert d'informations génétiques se produit dans le sens « inverse » par rapport à la transcription.

La transcriptase inverse (révertase ou ADN polymérase dépendante de l'ARN) est une enzyme qui catalyse la synthèse d'ADN sur une matrice d'ARN dans un processus appelé transcription inverse.La transcription inverse est nécessaire, notamment, pour réaliser le cycle de vie des rétrovirus, par exemple , les virus de l'immunodéficience humaine et les lymphomes humains à cellules T de types 1 et 2. Après l'entrée de l'ARN viral dans la cellule, la transcriptase inverse contenue dans les particules virales synthétise l'ADN qui lui est complémentaire, puis complète la deuxième chaîne sur cette chaîne d'ADN, comme sur Les rétrovirus sont des virus contenant de l'ARN, dont le cycle de vie comprend l'étape de formation de l'ADN par la transcriptase inverse et son introduction dans le génome de la cellule hôte sous la forme d'un provirus.

Il n'y a pas de site privilégié pour l'introduction du provirus dans le génome. Ceci permet de le classer comme élément génétique mobile.Le rétrovirus contient deux molécules d'ARN identiques. Il y a un capuchon à l'extrémité de 5" et une queue poly A à l'extrémité de 3". L'enzyme transcriptase inverse transporte le virus avec elle.

Le génome du rétrovirus contient 4 gènes : protéine gag nucléoïde, transcriptase inverse pol, protéine de capside (coquille) env, oncogène. str5 = répétition terminale courte str3 ; U5, séquences uniques U3, PB (site de liaison d'amorce) - amorçage du site de liaison. L'ARNt se trouve sur le RV (en raison de la complémentarité) et sert de graine pour la synthèse de l'ADN.Un petit morceau d'ADN est synthétisé.

La transcriptase inverse, possédant également l'activité de la RNase H, élimine l'ARN dans l'hybride avec l'ADN, et en raison de l'identité de str3 et str5, cette région d'ADN simple brin interagit avec l'extrémité 3' de la deuxième molécule d'ARN, qui sert comme matrice pour poursuivre la synthèse de la chaîne d'ADN.

Ensuite, la matrice d'ARN est détruite et une chaîne d'ADN complémentaire est construite le long de la chaîne d'ADN résultante.

La molécule d'ADN résultante est plus longue que l'ARN. Il contient LTR (U3 str 3(5) U5). Sous forme de provirus, il est localisé dans le génome de la cellule hôte. Au cours de la mitose et de la méiose, il est transmis aux cellules filles et à la descendance.

Certains virus (comme le VIH, qui cause le SIDA) ont la capacité de transcrire l'ARN en ADN. Le VIH a un génome d'ARN qui s'intègre dans l'ADN. En conséquence, l'ADN du virus peut être combiné avec le génome de la cellule hôte. La principale enzyme responsable de la synthèse de l'ADN à partir de l'ARN est appelée reversetase. L'une des fonctions de la reversetase est de créer de l'ADN complémentaire (ADNc) à partir du génome viral. L'enzyme associée ribonucléase H clive l'ARN et la reversetase synthétise l'ADNc à partir de la double hélice d'ADN. L'ADNc est intégré dans le génome de la cellule hôte par l'intégrase. Le résultat est la synthèse de protéines virales par la cellule hôte, qui forment de nouveaux virus.

Dogme central de la biologie moléculaire - est le flux d'informations de ADN à travers ARN sur le protéine : l'information est transférée des acides nucléiques aux protéines, mais pas l'inverse. La règle a été formulée par Francis Crick en 1958. Le transfert de l'information génétique de l'ADN à l'ARN et de l'ARN à la protéine est universel pour tous les organismes cellulaires sans exception et sous-tend la biosynthèse des macromolécules. La réplication du génome correspond à la transition informationnelle ADN → ADN. Dans la nature, il existe également des transitions ARN → ARN et ARN → ADN (par exemple, dans certains virus).

L'ADN, l'ARN et les protéines sont des polymères linéaires, c'est-à-dire que chaque monomère qu'ils contiennent se combine avec un maximum de deux autres monomères. La séquence de monomères code des informations dont les règles de transmission sont décrites par le dogme central.

Général - trouvé dans la plupart des organismes vivants; Spécial - survenant à titre exceptionnel, dans les virus et dans les éléments mobiles du génome ou dans les conditions d'une expérience biologique ; Inconnu - introuvable.

Réplication de l'ADN (ADN → ADN)Transcription (ADN → ARN)Traduction (ARN → protéine) L'ARNm mature est lu par les ribosomes lors de la traduction.Des complexes de facteurs d'initiation et d'élongation délivrent des ARN de transfert aminoacylés au complexe ARNm-ribosome.

Transcription inverse (ARN → ADN) transfert d'informations de l'ARN à l'ADN, un processus qui est l'inverse de la transcription normale, effectué par l'enzyme transcriptase inverse. Se produit dans les rétrovirus tels que le VIH. Réplication de l'ARN (ARN → ARN) copier une chaîne d'ARN sur sa chaîne d'ARN complémentaire à l'aide de l'enzyme ARN polymérase dépendante de l'ARN. Les virus contenant un ARN simple brin (par exemple, le virus de la fièvre aphteuse) ou un ARN double brin se répliquent de manière similaire. Traduction directe d'une protéine sur une matrice d'ADN (ADN → protéine) La traduction vivante a été démontrée dans des extraits de cellules d'E. coli contenant des ribosomes mais pas d'ARNm. De tels extraits ont synthétisé des protéines à partir d'ADN introduit dans le système, et l'antibiotique néomycine a renforcé cet effet.

11. Types de synthèse matricielle en tant que processus central dans la transmission, le stockage et la mise en œuvre du matériel héréditaire.

matrice la nature de la synthèse des acides nucléiques et des protéines fournit haute précision de reproduction des informations .

génétique informations génotype définit phénotypique signes d'une cellule le génotype se transforme en phénotype .

Cette direction du flux d'informations comprend trois sortesmatrice synthèses :

1. Synthèse d'ADN - réplication

2. Synthèse d'ARN - transcription

3. synthèse des protéines - diffuser

1) Réplication de l'ADN (ADN → ADN) duplication exacte (réplication) de l'ADN. La réplication est assurée par un complexe de protéines qui déroulent la chromatine, puis la double hélice. Après cela, l'ADN polymérase et ses protéines associées construisent une copie identique sur chacun des deux brins. Relecturesource de matériel génétique dans les générations.2) Transcription (ADN → ARN) le processus biologique par lequel l'information contenue dans un morceau d'ADN est copiée sur la molécule d'ARNm synthétisée. La transcription est réalisée par des facteurs de transcription et l'ARN polymérase. 3) Traduction (ARN → protéine) L'information génétique est traduite en chaînes polypeptidiques. Des complexes de facteurs d'initiation et de facteurs d'élongation délivrent des ARN de transfert aminoacylés au complexe ARNm-ribosome. 4) Dans des cas particuliers, l'ARN peut être réécrit sous forme d'ADN (transcription inverse) et également copié sous forme d'ARN (réplication), mais une protéine ne peut jamais être une matrice pour les acides nucléiques.

Réparation- c'est matrice synthèse qui corrige les erreurs dans la structure de l'ADN , option réplication limitée. Restaure initial structure de l'ADN. La matrice est un graphique intact brins d'ADN.

Structure des nucléotides. Isomères spatiaux (2'-endo-, 3'-endo-, etc., anti, syn)

NUCLEOTIDE- un groupement chimique complexe présent à l'état naturel. Les nucléotides sont les éléments constitutifs des acides NUCLÉIQUES (ADN et ARN). Les nucléotides sont construits à partir de trois composants : une base de pyrimidine ou de purine, du pentose et de l'acide phosphorique. Les nucléotides sont liés ensemble dans une chaîne par une liaison phosphodiester. Il est formé en raison de l'estérification du groupe OH C-3' du pentose d'un nucléotide et du groupe OH du résidu phosphate d'un autre nucléotide. En conséquence, l'une des extrémités de la chaîne polynucléotidique se termine par un phosphate libre (terminal P ou 5'-terminal). À l'autre extrémité, il y a un groupe OH non estérifié au C-3'pentose (extrémité 3'). Dans les cellules vivantes, on trouve également des nucléotides libres, présentés sous la forme de diverses coenzymes, dont l'ATP.

Les 5 bases hétérocycliques incluses dans les acides nucléiques constitutifs ont une conformation plate, mais cela est énergétiquement défavorable. Par conséquent, 2 conformations sont réalisées dans les polynucléotides C3`-endo et C2`-endo. C1, 0 et C4 sont situés dans le même plan, C2 et C3 sont en conformation endo lorsqu'ils sont sortis au-dessus de ce plan, c'est-à-dire dans le sens de la communication С4-С5.

La caractéristique la plus importante pour déterminer la conformation d'une unité nucléotidique est l'arrangement mutuel des parties glucidique et hétérocyclique, qui est déterminé par l'angle de rotation autour de la liaison N-glycosidique. Il existe 2 régions de conformations autorisées, syn- et anti-.

Tous les êtres vivants dépendent de trois molécules de base pour pratiquement toutes leurs fonctions biologiques. Ces molécules sont l'ADN, l'ARN et les protéines. Deux brins d'ADN tournent dans des directions opposées et sont situés l'un à côté de l'autre (anti-parallèle). Il s'agit d'une séquence de quatre bases azotées dirigées le long du squelette qui code l'information biologique. Selon le code génétique, les brins d'ARN sont convertis pour déterminer la séquence d'acides aminés dans les protéines. Ces brins d'ARN sont à l'origine fabriqués à l'aide de brins d'ADN comme matrice, un processus appelé transcription.

Sans ADN, ARN et protéines, aucune vie biologique n'existerait sur Terre. L'ADN est une molécule intelligente qui code pour l'ensemble complet d'instructions génétiques (le génome) nécessaires pour assembler, maintenir et reproduire chaque créature. L'ARN joue plusieurs rôles vitaux dans le codage, le décodage, la régulation et l'expression de la génétique. Le devoir principal de l'ARN est de fabriquer des protéines selon les ensembles d'instructions codées dans l'ADN de la cellule.

L'ADN est composé d'un sucre, d'une base azotée et d'un groupement phosphate. L'ARN est le même.

Dans l'ADN, la base azotée est constituée d'acides nucléiques : cytosine (C), guanine (G), adénine (A) et thymine (T). Métaphysiquement, chacun de ces acides nucléiques est associé aux substances élémentaires de la planète : Air, Eau, Feu et Terre. Lorsque nous polluons ces quatre éléments sur Terre, nous polluons l'acide nucléique correspondant dans notre ADN.

Cependant, dans l'ARN, la base azotée est constituée d'acides nucléiques : cytosine (C), guanine (G), adénine (A) et uracile (U). De plus, chacun des acides nucléiques ARN est associé aux substances élémentaires de la planète : Air, Eau, Feu et Terre. Dans l'ADN et l'ARN, l'ADN mitochondrial correspond au cinquième élément de base de l'éther cosmique, sortant t seulement de mère. Ceci est un exemple d'allotropie, qui est une caractéristique d'une petite quantité éléments chimiquesêtre sous deux ou plusieurs formes distinctes, appelées allotropes de ces éléments. Les allotropes sont diverses modifications structurelles d'un élément. Notre ADN est un allotrope des quatre éléments planétaires de base.

La principale fonction biologique des bases azotées de l'ADN est de lier les acides nucléiques. L'adénine se combine toujours avec la thymine et la guanine se combine toujours avec la cytosine. Ils sont connus sous le nom de bases appariées. L'uracile n'est présent que dans l'ARN, remplaçant la thymine et se combinant avec l'adénine.

L'ARN et l'ADN utilisent l'appariement de bases (mâle + femelle) comme langage supplémentaire qui peut être converti dans les deux sens entre l'ADN et l'ARN par l'action des enzymes appropriées. Ce langage mâle-femelle ou structure d'appariement de bases fournit une copie de sauvegarde de toutes les informations génétiques codées dans l'ADN double brin.

Base double inversée

Tous les ADN et ARN fonctionnent selon le principe de genre de l'appariement des bases, créant une liaison hydrogène. Les bases appariées doivent se joindre en séquence, permettant à l'ADN et à l'ARN d'interagir (selon la conception originale de nos 12 brins d'ADN, le Diamond Sun Body) et permettant également à l'ARN de produire des protéines fonctionnelles qui construisent les liens qui synthétisent et réparent le double de l'ADN. hélix. L'ADN humain a été endommagé par une mutation de paires de bases et une altération de paires d'édition de séquences ou d'inserts par des organismes modifiés tels qu'un virus. L'intervention dans les bases jumelées concerne la technologie de la division sexuelle du réseau inverse des Nephilim (NRG), influençant tout le langage masculin et féminin et leurs relations. Des copies d'ADN sont créées en joignant des sous-unités d'acide nucléique avec une paire de bases mâle-femelle sur chaque brin de la molécule d'ADN d'origine. Une telle connexion se produit toujours dans certaines combinaisons. L'altération du composé d'ADN de base, ainsi que de nombreux niveaux de modification génétique et de contrôle génétique, contribuent à la suppression de la synthèse d'ADN. Il s'agit d'une suppression délibérée de l'activation des 12 brins d'ADN du plan original, la matrice de silicium, assemblés et construits par des protéines. Cette suppression génétique a été menée de manière agressive depuis le cataclysme de l'Atlantide. Il est directement lié à la suppression de l'union de la hiérogamie, qui est obtenue par la connexion correcte des bases de l'ADN, avec lesquelles il est possible de créer et d'assembler des protéines pour restaurer les lettres de feu de l'ADN.

Édition d'ARN avec l'aspartame

Un exemple de modification génétique et d'expérimentation avec la population est l'utilisation de l'aspartame*. L'aspartame est synthétisé chimiquement à partir d'aspartate, ce qui altère la fonction de la liaison uracile-thymine dans l'ADN, et réduit également les fonctions de synthèse des protéines d'ARN et de communication entre l'ARN et l'ADN. L'édition d'ARN par l'ajout ou la suppression d'uracile et de thymine recodait les mitochondries de la cellule, dans lesquelles les dommages mitochondriaux contribuaient à la maladie neurologique. La thymine est un puissant protecteur de l'intégrité de l'ADN. De plus, l'abaissement de l'uracile produit l'aspartate de substrat, le dioxyde de carbone et l'ammoniac.

Interférence avec le cycle de l'azote

À la suite de la révolution industrielle, le déploiement du complexe militaire grâce aux contacts de l'AEN, le cycle global de l'azote a été considérablement modifié au cours du siècle dernier. Alors que l'azote est essentiel à toute vie connue sur Terre, il y a eu des guerres de combustibles fossiles délibérément forcées par l'ANA, polluant la Terre et endommageant l'ADN. L'azote est un composant de tous les acides aminés qui composent les protéines et est présent dans les bases qui composent les acides nucléiques de l'ARN et de l'ADN. Cependant, en faisant la guerre aux combustibles fossiles, en forçant l'utilisation de moteurs combustion interne, créer des engrais chimiques et polluer environnement Véhicules et les industries, les gens ont contribué à la grave toxicité de l'azote sous ses formes biologiques. Oxyde nitrique, dioxyde de carbone, méthane, ammoniac - tout cela crée un gaz à effet de serre qui empoisonne la Terre, boire de l'eau et les océans. Cette contamination provoque des dommages et des mutations de l'ADN.

Changement élémentaire du corps de douleur

Ainsi, beaucoup d'entre nous ont connu des changements élémentaires dans notre sang, des parties du corps (en particulier à la surface de la peau qui réagit aux changements dans le sang) et des changements profonds dans nos cellules et nos tissus. La revitalisation de la matière à la suite de changements magnétiques pénètre également les niveaux de notre corps émotionnel-élémentaire, affectant de manière significative les réactions cellulaires et la mémoire stockées dans le corps instinctif (corps de douleur).

Ce nouveau cycle oblige chacun de nous à prêter attention à son corps instinctif, à son corps émotionnel-élémentaire de douleur et à ce qui lui arrive. La relation des forces solaires et lunaires et leur effet combiné sur les polarités des forces du corps planétaire sont ajustées à cet effet sur le champ magnétique.

Malheureusement, le fait de ne pas comprendre les principes supérieurs de la loi naturelle entraîne un grand chaos et de grandes souffrances pour ceux qui persistent à se livrer à la destruction, à la division et à la violence, quelles que soient les méthodes utilisées.

Cependant, l'exode massif des forces lunaires, des êtres de la chaîne lunaire, des anges déchus de notre planète et système solaire actuellement en cours. Alors que le système solaire est mis en quarantaine, ceux qui sont Ascensionnés (ou purs de cœur) connaîtront un profond réalignement de leurs centres d'énergie sacrée des influences lunaires aux influences solaires. Cette bifurcation des forces solaires et lunaires continue de changer non seulement dans le corps émotionnel-élémentaire, mais aussi dans le centre sacré et tous les organes reproducteurs. Il apporte des ajustements ou des aperçus à de nombreux problèmes liés à la souffrance sexuelle qui ont été programmés sur la base des histoires cachées associées aux entités de la chaîne lunaire. Les ensembles de commandes magnétiques et les mitochondries de la mère restaurent également la féminité solaire pour leurs enfants terrestres.

synthèse d'ADN

Comprenant que notre corps émotionnel-élémentaire passe d'atomes à base de carbone à des éléments à base supérieure grâce à une activation à haute fréquence et à des changements magnétiques planétaires, nous pouvons relier les points dans le développement spirituel de nos propres corps associés aux processus alchimiques personnels. Dans la restauration du corps sophianique, la transformation alchimique de notre évolution de conscience fusionne avec la compréhension scientifique de la synthèse de l'ADN. La synthèse de l'ADN est aussi importante que l'activation de l'ADN, qui joue un rôle important et direct dans l'ascension spirituelle. La Mère ramène l'enregistrement de l'ADN mitochondrial par l'inversion des courants magnétiques, restaurant le plan de notre sang, de notre cerveau et de notre système nerveux à un fonctionnement supérieur avec notre véritable ADN original.

*MAIS le spartam est un produit chimique génétiquement modifié distribué et commercialisé en tant que complément alimentaire

Traduction : Oreanda Web