タンパク質合成が細胞内でどのように起こるかを簡単に説明します。 タンパク質生合成: 簡潔かつ明確

細胞と体内におけるタンパク質の役割

細胞の生涯とその合成の主要段階におけるタンパク質の役割。 リボソームの構造と機能。 タンパク質合成の過程におけるリボソームの役割。

タンパク質は細胞や生物の生命活動において極めて重要な役割を果たしており、以下のような機能を持っています。

構造的。それらは細胞内構造、組織、器官の一部です。 たとえば、コラーゲンとエラスチンは、骨、腱、軟骨などの結合組織の構成要素として機能します。 フィブロインは絹、クモの巣の一部です。 ケラチンは表皮およびその派生物（髪、角、羽毛）の一部です。 それらはウイルスの殻（カプシド）を形成します。

酵素的。全て 化学反応細胞内での反応は、酵素（オキシドレダクターゼ、ヒドロラーゼ、リガーゼ、トランスフェラーゼ、イソメラーゼ、リアーゼ）などの生物学的触媒の関与によって起こります。

規制。たとえば、ホルモンのインスリンとグルカゴンはグルコース代謝を調節します。 ヒストンタンパク質はクロマチンの空間構成に関与しており、それによって遺伝子発現に影響を与えます。

輸送。ヘモグロビンは脊椎動物の血液中で酸素を運び、ヘモシアニンは一部の無脊椎動物の血リンパ中で、ミオグロビンは筋肉中で酸素を運びます。 血清アルブミンは、脂肪酸、脂質などの輸送に役立ちます。膜輸送タンパク質は、細胞膜を通過する物質の能動輸送を提供します（Na+、K+-ATPase）。 シトクロムは、ミトコンドリアと葉緑体の電子伝達鎖に沿って電子を輸送します。

保護的。たとえば、抗体（免疫グロブリン）は細菌抗原および外来タンパク質と複合体を形成します。 インターフェロンは、感染細胞におけるウイルスタンパク質の合成をブロックします。 フィブリノーゲンとトロンビンは血液凝固プロセスに関与します。

収縮性（モーター）。タンパク質のアクチンとミオシンは、筋肉の収縮と細胞骨格要素の収縮のプロセスを提供します。

シグナル（受容体）。細胞膜タンパク質は受容体および表面抗原の一部です。

貯蔵タンパク質。 ミルクカゼイン、アルブミン 鶏卵、フェリチン（脾臓に鉄を貯蔵する）。

毒素タンパク質。 ジフテリア毒素。

エネルギー機能。 1 g のタンパク質が最終代謝産物 (CO2、H2O、NH3、H2S、SO2) に分解されると、17.6 kJ または 4.2 kcal のエネルギーが放出されます。

タンパク質の生合成はあらゆる生きた細胞で起こります。 これは、細胞小器官を構築するためにタンパク質が合成される若い成長細胞、および酵素タンパク質やホルモンタンパク質が合成される分泌細胞で最も活性が高くなります。

主役 DNAに属するタンパク質の構造を決定する際に。 1 つのタンパク質の構造に関する情報を含む DNA を遺伝子と呼びます。 DNA 分子には数百の遺伝子が含まれています。 DNA 分子には、タンパク質のアミノ酸配列のコードが、特異的に一致するヌクレオチドの形で含まれています。

タンパク質合成 -マトリックス合成の原理に従って進行する一連の合成反応を表す複雑な多段階プロセス。

タンパク質生合成では、次の段階が決定されます。 異なる部分セル:

第一段階 - mRNA 合成は核内で起こり、その間に DNA 遺伝子に含まれる情報が mRNA に転写されます。 このプロセスは転写と呼ばれます（ラテン語の「転写」-書き換えから）。

第二段階ではアミノ酸は、3つのヌクレオチド（アンチコドン）から順に構成されるtRNA分子と結合し、その助けを借りてトリプレットコドンが決定されます。

第三段階 -これは翻訳と呼ばれる、ポリペプチド結合の直接合成のプロセスです。 それはリボソームで発生します。

第4段階ではタンパク質の二次および三次構造の形成、つまりタンパク質の最終構造の形成が起こります。

したがって、タンパク質生合成の過程では、DNA に含まれる正確な情報に従って新しいタンパク質分子が形成されます。 このプロセスにより、タンパク質、代謝プロセス、細胞の成長と発達、つまり細胞のすべての生命プロセスが確実に更新されます。

体内で起こっているプロセスを研究するには、細胞レベルで何が起こっているのかを知る必要があります。 そしてそこで最も重要な役割を果たすのはタンパク質化合物です。 機能だけでなく、その作成プロセスも研究する必要があります。 したがって、簡潔かつ明確に説明することが重要です。 これには9年生が最適です。 この段階では、学生はトピックを理解するのに十分な知識を持っています。

タンパク質 - それは何で、何のためにあるのでしょうか?

これらの高分子化合物は、あらゆる生物の生命に大きな役割を果たしています。 タンパク質はポリマーです。つまり、タンパク質は多くの同様の「部分」で構成されています。 その数は数百から数千まで変化します。

タンパク質は細胞内で多くの機能を果たします。 それらの役割は、組織のより高いレベルでも大きく、組織や器官はさまざまなタンパク質の適切な機能に大きく依存しています。

たとえば、すべてのホルモンはタンパク質由来です。 しかし、体内のすべてのプロセスを制御するのはこれらの物質です。

ヘモグロビンもタンパク質であり、4本の鎖で構成されており、中心で鉄原子によって結合されています。 この構造により、赤血球は酸素を運ぶことができます。

すべての膜にはタンパク質が含まれていることを思い出してください。 それらは細胞膜を通した物質の輸送に必要です。

タンパク質分子には、明確かつ疑いなく実行される機能が他にもたくさんあります。 これらの驚くべき化合物は、細胞内での役割だけでなく、構造においても非常に多様です。

合成はどこで行われますか?

リボソームは、タンパク質生合成と呼ばれるプロセスのほとんどが行われる細胞小器官です。 9 年生は学校によって生物学を学ぶカリキュラムが異なりますが、多くの教師は翻訳を学ぶ前に細胞小器官に関する資料を事前に与えます。

したがって、学生が取り上げられた内容を覚えて定着させることは難しくありません。 1 つの細胞小器官上で一度に作成できるポリペプチド鎖は 1 つだけであることを知っておく必要があります。 これでは細胞のすべてのニーズを満たすには十分ではありません。 したがって、リボソームの数は多く、ほとんどの場合、小胞体と結合します。

この EPS をラフと呼びます。 このような「協力」の利点は明らかです。タンパク質は合成直後に輸送チャネルに入り、遅延なく目的地に送ることができます。

しかし、まさにその始まり、つまり DNA からの情報の読み取りを考慮すると、生きた細胞におけるタンパク質の生合成は核で始まると言えるでしょう。 そこで遺伝暗号が合成されます。

必要な材料 - アミノ酸、合成場所 - リボソーム

タンパク質の生合成がどのように起こるかを簡潔かつ明確に説明するのは難しいようですが、単にプロセス図と多数の図面が必要になります。 すべての情報を伝えるのに役立ち、生徒も覚えやすくなります。

まず、合成には「 建設材料" - アミノ酸。 それらの一部は体内で生成されます。 その他は食物からのみ摂取できるものであり、それらは必須と呼ばれます。

アミノ酸の総数は 20 個ですが、それらを長鎖に配置できるオプションが膨大であるため、タンパク質分子は非常に多様です。 これらの酸は構造が似ていますが、ラジカルが異なります。

各アミノ酸のこれらの部分の特性によって、得られる鎖がどのような構造に「折りたたまれる」か、他の鎖と四次構造を形成するかどうか、そして得られる巨大分子がどのような特性を持つかを決定します。

タンパク質生合成のプロセスは細胞質内だけで起こることはなく、リボソームが必要です。 大小の 2 つのサブユニットで構成されます。 静止状態ではそれらは分離されていますが、合成が開始されるとすぐに接続され、機能し始めます。

このように異なる重要なリボ核酸

アミノ酸をリボソームに運ぶには、トランスポートRNAと呼ばれる特別なRNAが必要です。 略してt-RNAと呼ばれます。 この単鎖のクローバーの葉の形をした分子は、その自由端に 1 つのアミノ酸を結合し、それをタンパク質合成部位に輸送することができます。

タンパク質合成に関与するもう 1 つの RNA はメッセンジャー RNA と呼ばれます。 これには、合成の同様に重要な要素、つまり得られるタンパク質鎖にいつどのアミノ酸を結合するかを明確に示すコードが含まれています。

この分子は一本鎖構造をしており、DNAと同様にヌクレオチドから構成されています。 これらの核酸の一次構造にはいくつかの違いがあり、それについては RNA と DNA の比較記事を参照してください。

タンパク質の組成に関する情報 m-RNA は、遺伝暗号の主要な管理者である DNA から受け取ります。 m-RNA を読み取って合成するプロセスは転写と呼ばれます。

これは核内で発生し、生成された m-RNA がそこからリボソームに送られます。 DNA 自体は核から出ません; その役割は、遺伝コードを保存し、分裂中にそれを娘細胞に移すことだけです。

放送主な参加者まとめ表

タンパク質の生合成を簡潔かつ明確に説明するには、表が必要です。 その中に、すべてのコンポーネントと、翻訳と呼ばれるこのプロセスにおけるそれらの役割を書き留めます。

タンパク質鎖を作るプロセス自体は 3 つの段階に分かれています。 それぞれを詳しく見てみましょう。 これを読めば、タンパク質生合成を必要とする人全員に、簡単かつ明確に説明できるようになります。

開始 - プロセスの始まり

これ 初期翻訳では、リボソームの小サブユニットが最初の tRNA に結合します。 これ リボ核酸アミノ酸のメチオニンを持っています。 開始コドンはタンパク質鎖の最初のモノマーをコードする AUG であるため、翻訳は常にこのアミノ酸から始まります。

リボソームが開始コドンを認識し、AUG 配列も出現する可能性がある遺伝子の中央から合成を開始しないようにするために、開始コドンの周囲に特別なヌクレオチド配列が配置されます。 リボソームはそれらを通じて、その小サブユニットが位置すべき場所を認識します。

m-RNA との複合体形成後、開始段階は終了します。 そして放送のメインステージが始まる。

伸び - 合成途中

この段階では、タンパク質鎖が徐々に増加します。 伸長の持続時間はタンパク質内のアミノ酸の数によって異なります。

まず、リボソームの大きなサブユニットが小さなサブユニットに結合されます。 そして、最初の t-RNA は完全にその中に行き着きます。 メチオニンだけが外側に残ります。 次に、別のアミノ酸を運ぶ 2 番目の t-RNA が大サブユニットに入ります。

mRNA 上の 2 番目のコドンがクローバーの葉の一番上のアンチコドンと一致する場合、2 番目のアミノ酸はペプチド結合を介して最初のコドンに結合します。

この後、リボソームは m-RNA に沿ってちょうど 3 ヌクレオチド (1 コドン) 移動し、最初の t-RNA がメチオニンをそれ自体から切り離し、複合体から分離します。 その代わりに 2 番目の t-RNA があり、その末端にはすでに 2 つのアミノ酸がぶら下がっています。

次に、3 番目の tRNA が大サブユニットに入り、このプロセスが繰り返されます。 これは、リボソームが翻訳の終了を知らせる mRNA 内のコドンに遭遇するまで続きます。

終了

このステージは最後のステージであり、人によってはかなり残酷だと感じるかもしれません。 ポリペプチド鎖を作成するために調和して機能していたすべての分子と細胞小器官は、リボソームが末端コドンに到達するとすぐに停止します。

アミノ酸をコードしていないため、大サブユニットにどのような tRNA が含まれていても、それらはすべてミスマッチにより拒否されます。 ここで終結因子が作用し、完成したタンパク質をリボソームから分離します。

オルガネラ自体は、2 つのサブユニットに分解することも、新しい開始コドンを求めて m-RNA に沿って旅を続けることもできます。 1 つの m-RNA には一度に複数のリボソームが含まれることがあります。 それぞれが独自の翻訳段階にあり、新しく作られたタンパク質にはマーカーが与えられ、そのマーカーの助けを借りて誰もがその目的地を理解できるようになります。 そしてEPSによれば、必要な場所に送られるという。

タンパク質生合成の役割を理解するには、それがどのような機能を実行できるかを研究する必要があります。 それは鎖内のアミノ酸の配列に依存します。 二次、三次、場合によっては四次 (存在する場合) と細胞内でのその役割を決定するのは、それらの特性です。 タンパク質分子の機能について詳しくは、このトピックに関する記事をご覧ください。

放送について詳しく知る方法

この記事では、生きた細胞におけるタンパク質生合成について説明します。 もちろん、このテーマをさらに詳しく学習すると、そのプロセスを詳しく説明するには何ページも必要になります。 ただし、一般的なアイデアを理解するには上記の資料で十分です。科学者が放送のすべての段階をシミュレーションしたビデオ資料は、理解するのに非常に役立ちます。 それらの一部はロシア語に翻訳されており、学生向けの優れた教科書または単なる教育ビデオとして役立ちます。

このトピックをより深く理解するには、同様のトピックに関する他の記事を読む必要があります。 たとえば、タンパク質の機能について、またはその機能について。

タンパク質生合成のプロセスは細胞にとって非常に重要です。 タンパク質は組織内で主要な役割を果たす複雑な物質であるため、不可欠なものです。 このため、タンパク質生合成プロセスの全連鎖が細胞内で実行され、いくつかの細胞小器官で発生します。 これにより、細胞の再生と存在の可能性が保証されます。

タンパク質生合成プロセスの本質

タンパク質合成が行われる唯一の場所は粗い場所であり、ここにはポリペプチド鎖の形成に関与するリボソームの大部分が存在します。 ただし、翻訳段階 (タンパク質合成のプロセス) が始まる前に、タンパク質の構造に関する情報を保存する遺伝子の活性化が必要です。 この後、DNA (細菌の生合成を考慮する場合は RNA) のこのセクションをコピーする必要があります。

DNAがコピーされた後は、メッセンジャーRNAを作成するプロセスが必要です。 それに基づいて、タンパク質鎖の合成が実行されます。 さらに、核酸の関与に伴うすべての段階は必ず行われます。ただし、ここはタンパク質合成が行われる場所ではありません。 生合成の準備が行われる場所。

リボソームタンパク質生合成

タンパク質合成が起こる主な場所は、2 つのサブユニットからなる細胞小器官です。 細胞内にはこのような構造が膨大な数あり、主に粗面小胞体の膜上に位置しています。 生合成自体は次のように行われます。細胞核で形成されたメッセンジャー RNA が核孔を通って細胞質に出て、リボソームと出会います。 次に、mRNA がリボソームのサブユニット間の隙間に押し込まれ、その後最初のアミノ酸が固定されます。

アミノ酸は、タンパク質合成が行われる場所に供給されます。そのような分子は、一度に 1 つのアミノ酸を運ぶことができます。 メッセンジャーRNAのコドン配列に応じて順番に結合します。 また、合成が一時的に停止する場合があります。

リボソームは、mRNA に沿って移動するときに、アミノ酸をコードしていない領域 (イントロン) に入ることがあります。 これらの場所では、リボソームは単に mRNA に沿って移動しますが、鎖にアミノ酸は追加されません。 リボソームがエクソン、つまり酸をコードする領域に到達すると、ポリペプチドに再結合します。

タンパク質の合成後修飾

リボソームがメッセンジャー RNA の終止コドンに到達すると、直接合成のプロセスが完了します。 ただし、得られる分子は一次構造を持っており、その分子に予約されている機能をまだ実行できません。 完全に機能するには、分子が特定の構造、つまり二次、三次、またはさらに複雑な四次構造に組織化されている必要があります。

タンパク質の構造組織

二次構造は構造組織の最初の段階です。 これを達成するには、一次ポリペプチド鎖がコイル状になる（アルファヘリックスを形成する）か折りたたまれる（ベータシートを作成する）必要があります。 次に、長さ方向に占めるスペースをさらに小さくするために、水素結合、共有結合、イオン結合、および原子間相互作用により、分子はさらに収縮してボール状になります。 したがって、球状が得られます。

タンパク質の四次構造

四次構造はすべての中で最も複雑です。 それは、ポリペプチドの原線維鎖によって接続された球状構造を有するいくつかのセクションから構成されます。 さらに、三次および四次構造には炭水化物または脂質残基が含まれる場合があり、これによりタンパク質の機能の範囲が広がります。 特に、糖タンパク質、タンパク質および炭水化物は免疫グロブリンであり、保護機能を果たします。 糖タンパク質は細胞膜にも存在し、受容体として機能します。 ただし、分子はタンパク質合成が起こる場所ではなく、平滑小胞体で修飾されます。 ここでは、脂質、金属、炭水化物をタンパク質ドメインに結合させる可能性があります。

まず、転写から始まるタンパク質生合成の一連のステップを確立します。 タンパク質分子の合成中に発生する一連のプロセス全体は、次の 2 つの段階に組み合わせることができます。

1. 転写。

2. 放送。

遺伝情報の構造単位は遺伝子、つまり特定のタンパク質の合成をコードする DNA 分子の一部です。 化学組織の観点から見ると、原核生物と真核生物の遺伝と多様性の内容は根本的に異なりません。 それらの遺伝物質は DNA 分子で表現され、遺伝情報と遺伝暗号を記録する原理も共通です。 原核生物と真核生物の同じアミノ酸は、同じコドンによって暗号化されます。

現代の原核細胞のゲノムは比較的小さいサイズが特徴で、大腸菌の DNA は長さ約 1 mm のリングの形をしています。 これには 4 x 10 6 ヌクレオチド対が含まれており、約 4000 個の遺伝子を形成します。 1961 年、F. ジェイコブと J. モノーは、原核生物遺伝子のシストロニックな、つまり連続的な組織化を発見しました。これらの遺伝子は完全にコード化ヌクレオチド配列からなり、タンパク質合成中に完全に実現されます。 原核生物の DNA 分子の遺伝物質は細胞の細胞質に直接存在しており、遺伝子発現に必要な tRNA や酵素もそこに存在します。発現とは、遺伝子の機能活性、または遺伝子の発現です。 したがって、DNAから合成されたmRNAは、タンパク質合成の翻訳過程において、直ちに鋳型としての機能を果たすことができます。

真核生物のゲノムには、はるかに多くの遺伝物質が含まれています。 ヒトでは、二倍体染色体セット内の DNA の全長は約 174 cm で、3 x 10 9 対のヌクレオチドが含まれており、最大 100,000 個の遺伝子が含まれています。 1977 年に、「モザイク」遺伝子と呼ばれる、ほとんどの真核生物の遺伝子の構造における不連続性が発見されました。 それはコードヌクレオチド配列によって特徴付けられます エキソニックそして イントロンプロット。 タンパク質合成にはエクソンからの情報のみが使用されます。 イントロンの数は遺伝子によって異なります。 ニワトリのオボアルブミン遺伝子には 7 個のイントロンが含まれ、哺乳動物のプロコラーゲン遺伝子には 50 個のイントロンが含まれることが確認されています。サイレント DNA イントロンの機能は完全には解明されていません。 それらは以下を提供すると考えられています: 1) クロマチンの構造組織。 2) それらのいくつかは明らかに遺伝子発現の調節に関与しています。 3) イントロンは、変動性に関する情報の保存場所と考えることができます。 4) それらは、突然変異原の作用を引き継ぎ、保護的な役割を果たすことができます。

転写

細胞核内の情報を DNA 分子の一部から mRNA 分子 (mRNA) に書き換えるプロセスを、 転写（ラテン語転写 - 書き直し）。 一次遺伝子産物である mRNA が合成されます。 これはタンパク質合成の最初の段階です。 対応する DNA 部位で、酵素 RNA ポリメラーゼが転写開始のサインを認識します。 プロモーター。開始点は、酵素によって RNA 転写物に組み込まれる最初の DNA ヌクレオチドです。 原則として、コード領域はコドン AUG で始まりますが、細菌では GUG が使用される場合もあります。 RNA ポリメラーゼがプロモーターに結合すると、DNA 二重らせんの局所的な巻き戻しが起こり、相補性の原理に従って鎖の 1 つがコピーされます。 mRNA が合成され、その組み立て速度は 1 秒あたり 50 ヌクレオチドに達します。 RNA ポリメラーゼが移動すると、mRNA 鎖が成長し、酵素がコピー領域の端に到達すると、 ターミネーター、mRNA はテンプレートから遠ざかります。 酵素の後ろにある DNA 二重らせんが復元されます。

原核生物の転写は細胞質で起こります。 DNA は完全にコーディングヌクレオチド配列から構成されているという事実により、合成された mRNA はすぐに翻訳の鋳型として機能します (上記を参照)。

真核生物の mRNA の転写は核内で起こります。 それは、未熟 RNA または核 RNA と呼ばれる大きな分子の前駆体 (プロ mRNA) の合成から始まります。遺伝子の主要な産物であるプロ mRNA は、エクソンとイントロンを含む DNA の転写部分の正確なコピーです。 前駆体から成熟 RNA 分子を形成するプロセスは、 処理。 mRNAの成熟は次のように起こります。 スプライシング- これらは酵素によって切断されます 制限酵素イントロンと、リガーゼ酵素による転写されたエクソン配列との領域の接続。 (図) 成熟 mRNA はプロ mRNA の前駆体分子よりもはるかに短く、そのイントロンのサイズは 100 ヌクレオチドから 1000 ヌクレオチド以上までさまざまです。 イントロンはすべての未成熟 mRNA の約 80% を占めます。

今ではそれが可能であることが証明されています 代替スプライシング、この場合、ヌクレオチド配列が 1 つの一次転写産物の異なる部分から除去され、いくつかの成熟 mRNA が形成されます。 このタイプのスプライシングは哺乳動物の免疫グロブリン遺伝子システムに典型的なものであり、単一の転写物に基づいて mRNA を形成することが可能になります。 他の種類抗体。

プロセシングが完了すると、核から出る前に成熟 mRNA が選択されます。 成熟 mRNA の 5% だけが細胞質に入り、残りは核内で切断されることが確立されています。

放送

翻訳 (Latin Translatio - 転移、転移) は、mRNA 分子のヌクレオチド配列に含まれる情報をポリペプチド鎖のアミノ酸配列に翻訳することです (図 10)。 これはタンパク質合成の第 2 段階です。 核膜の細孔を通した成熟 mRNA の移動は、RNA 分子と複合体を形成する特別なタンパク質によって生成されます。 これらのタンパク質は、mRNA の輸送に加えて、細胞質酵素の損傷効果から mRNA を保護します。 翻訳プロセスでは、tRNA が中心的な役割を果たし、アミノ酸と mRNA トリプレットのコードの正確な一致が保証されます。 翻訳と解読のプロセスはリボソーム内で行われ、5 から 3 の方向に実行されます。mRNA とリボソームの複合体はポリソームと呼ばれます。

翻訳中に、開始、伸長、および終了の 3 つの段階を区別できます。

イニシエーション。

この段階では、タンパク質分子の合成に関与する複合体全体が組み立てられます。 2 つのリボソーム サブユニットは mRNA の特定の部分で結合し、最初のアミノアシル tRNA がそれに結合し、これが情報の読み取り枠を設定します。 どの m-RNA 分子にも、リボソーム小サブユニットの r-RNA に相補的な領域があり、それによって特異的に制御されます。 その隣にはアミノ酸メチオニンをコードする開始開始コドン AUG があり、開始段階は複合体 (リボソーム、-mRNA- 開始アミノアシル-tRNA) の形成で終了します。

伸長

— 最初のペプチド結合の形成の瞬間から最後のアミノ酸の付加までのすべての反応が含まれます。 リボソームには、2 つの tRNA 分子を結合するための 2 つの部位があります。 領域の 1 つであるペプチジル (P) には、アミノ酸メチオニンを含む最初の t-RNA があり、タンパク質分子の合成はそこから始まります。 2 番目の tRNA 分子は、リボソームの 2 番目のセクションであるアミノアシル セクション (A) に入り、そのコドンに結合します。 メチオニンと 2 番目のアミノ酸の間にペプチド結合が形成されます。 2 番目の tRNA は、その mRNA コドンとともにペプチジル中心に移動します。 ポリペプチド鎖を伴う t-RNA のアミノアシル中心からペプチジル中心への移動は、1 コドンに対応するステップによる m-RNA に沿ったリボソームの前進を伴います。 メチオニンを送達した T-RNA は細胞質に戻り、アムノアシル中心が解放されます。 次のコドンによって暗号化されたアミノ酸を含む新しい t-RNA を受け取ります。 3 番目と 2 番目のアミノ酸の間にペプチド結合が形成され、3 番目の t-RNA が m-RNA コドンとともにペプチジル中心に移動し、タンパク質鎖が伸びる伸長のプロセスです。 これは、アミノ酸をコードしない 3 つのコドンのうち 1 つがリボソームに入るまで続きます。 これは終結コドンであり、これに対応する tRNA がないため、どの tRNA もアミノアシル中心に位置することはできません。

終了

– ポリペプチド合成の完了。 これは、アミノアシル中心に入ると、特定のリボソームタンパク質による終止コドン (UAA、UAG、UGA) の 1 つが認識されることに関連しています。 特別な終結因子がリボソームに結合しており、リボソームのサブユニットの分離と合成されたタンパク質分子の放出が促進されます。 ペプチドの最後のアミノ酸に水が加えられ、そのカルボキシル末端が tRNA から分離されます。

ペプチド鎖の構築は高速で行われます。 温度37℃の細菌内では、ポリペプチドに毎秒12～17個のアミノ酸が付加されて発現します。 真核細胞では、毎秒 2 つのアミノ酸がポリペプチドに追加されます。

合成されたポリペプチド鎖はゴルジ複合体に入り、そこでタンパク質分子の構築が完了します（2番目、3番目、4番目の構造が順番に現れます）。 ここでタンパク質分子が脂肪や炭水化物と結合します。

タンパク質生合成の全プロセスは、DNA ® pro mRNA ® mRNA ® ポリペプチド鎖 ® タンパク質 ® タンパク質の複合体形成と機能的に活性な分子への変換という図の形式で示されます。

遺伝情報の実装段階も同様に進行します。まず、遺伝情報は mRNA のヌクレオチド配列に転写され、次に tRNA の関与によりリボソーム上のポリペプチドのアミノ酸配列に翻訳されます。

真核生物における転写は、3 つの核 RNA ポリメラーゼの作用下で行われます。 RNA ポリメラーゼ 1 は核小体に位置し、rRNA 遺伝子の転写を担当します。 RNA ポリメラーゼ 2 は核液中に存在し、前駆体 mRNA の合成を担当します。 RNA ポリメラーゼ 3 は、小さな rRNA と tRNA を合成する核液中の小さな部分です。 RNAポリメラーゼは、転写プロモーターのヌクレオチド配列を特異的に認識します。 真核生物の mRNA は、最初に前駆体 (プロ mRNA) として合成され、エクソンとイントロンからの情報がそれに転送されます。 合成された mRNA は翻訳に必要なサイズより大きく、安定性が低くなります。

mRNA 分子の成熟中に、制限酵素を使用してイントロンが切除され、リガーゼ酵素を使用してエクソンが縫い合わされます。 mRNA の成熟はプロセシングと呼ばれ、エクソンの結合はスプライシングと呼ばれます。 したがって、成熟 mRNA にはエキソンのみが含まれており、その前任者であるプロ mRNA よりもはるかに短いです。 イントロンのサイズは、100 ヌクレオチドから 10,000 ヌクレオチド以上までさまざまです。 イントンはすべての未成熟 mRNA の約 80% を占めます。 現在、選択的スプライシングの可能性が証明されており、この場合、ヌクレオチド配列が 1 つの一次転写産物の異なる部分から除去され、複数の成熟 mRNA が形成されます。 このタイプのスプライシングは哺乳動物の免疫グロブリン遺伝子システムでは典型的なものであり、これにより 1 つの mRNA 転写物に基づいてさまざまなタイプの抗体を形成することが可能になります。 プロセシングが完了すると、核から細胞質に放出される前に成熟 mRNA が選択されます。 成熟 mRNA の 5% だけが侵入し、残りは核内で切断されることが確認されています。 真核生物遺伝子の一次転写産物の変換は、エキソン-イントロン構成に関連し、核から細胞質への成熟m​​RNAの移行に関連して、真核生物の遺伝情報の実現の特徴を決定します。 したがって、DNA 配列全体がタンパク質合成に使用されるわけではないため、真核生物のモザイク遺伝子はシストロン遺伝子ではありません。

遺伝学の主な問題はタンパク質合成の問題です。 DNA と RNA の構造と合成に関するデータをまとめた、1960 年のクリック。 は、次の 3 つの原則に基づいたタンパク質合成のマトリックス理論を提案しました。

1. DNA と RNA の窒素含有塩基の相補性。

2. DNA 分子内の遺伝子配列の直線的な配列。

3. 遺伝情報の伝達は、核酸から核酸、またはタンパク質へのみ起こります。

タンパク質からタンパク質への遺伝情報の伝達は不可能です。したがって、タンパク質合成のマトリックスとなることができるのは核酸だけです。

タンパク質合成には以下が必要です。

1. 分子が合成される DNA (遺伝子)。

2. RNA – (i-RNA) または (m-RNA)、r-RNA、t-RNA

タンパク質合成のプロセスには、転写と翻訳という段階があります。

転写– DNA から RNA (t-RNA、RNA、r-RNA) への核構造に関する情報の調査 (書き換え)。

遺伝情報の読み取りは、プロモーターと呼ばれる DNA の特定の部分から始まります。 プロモーターは遺伝子の前に位置し、約 80 ヌクレオチドから構成されます。

DNA 分子の外鎖では mRNA (中間体) が合成されます。mRNA はタンパク質合成のマトリックスとして機能するため、鋳型と呼ばれます。 これは、DNA 鎖上のヌクレオチド配列の正確なコピーです。

DNA には遺伝情報 (イントロン) を含まない部分があります。 情報を含む DNA の部分はエクソンと呼ばれます。

核にはイントロンを切断する特別な酵素があり、エクソンの断片が厳密な順序で「スプライス」されて共通の糸になります。このプロセスは「スプライシング」と呼ばれます。 スプライシングの過程で、タンパク質合成に必要な情報を含む成熟 m-RNA が形成されます。 成熟したmRNA（メッセンジャーRNA）は、核膜の細孔を通過して小胞体（細胞質）のチャネルに入り、ここでリボソームと結合します。

放送– mRNA 内のヌクレオチドの配列順序は、合成されたタンパク質の分子内の厳密に順序付けられたアミノ酸の配列配列に翻訳されます。

翻訳プロセスには、アミノ酸の活性化とタンパク質分子の直接合成の 2 段階が含まれます。

1 つの mRNA 分子は 5 ～ 6 個のリボソームと結合し、ポリソームを形成します。 タンパク質合成は mRNA 分子上で起こり、リボソームはそれに沿って移動します。 この期間中、細胞質にあるアミノ酸はミトコンドリアから分泌される特殊な酵素によって活性化され、それぞれが独自の酵素を持っています。

ほぼ即座に、アミノ酸は別のタイプの RNA、つまり低分子可溶性 RNA に結合します。低分子可溶性 RNA は、m-RNA 分子へのアミノ酸のキャリアとして機能し、トランスポート RNA (t-RNA) と呼ばれます。 tRNA はアミノ酸をリボソームの特定の場所に移動し、この時点で mRNA 分子はそこで終わります。 その後、アミノ酸がペプチド結合によって結合され、タンパク質分子が形成されます。 タンパク質合成の終わりに向けて、分子は徐々に m-RNA から離れます。

1 つの mRNA 分子は 10 ～ 20 個のタンパク質分子を生成し、場合によってはそれ以上のタンパク質分子を生成します。

タンパク質合成における最も不明瞭な問題は、tRNA がどのようにして、アミノ酸が結合すべき mRNA の対応する部分を見つけるかということです。

DNA 内の窒素含有塩基の配列順序。これにより、合成されたタンパク質内のアミノ酸の配置が決定されます。これが遺伝暗号です。

同じ遺伝情報が「記録」されているので、 核酸 4文字（窒素塩基）、タンパク質では20文字（アミノ酸）。 遺伝コードの問題は、結局のところ、それらの間の対応関係を確立することにあります。 遺伝学者、物理学者、化学者は、遺伝暗号の解読に大きな役割を果たしました。

遺伝暗号を解読するには、まず、1 つのアミノ酸の形成を決定 (コード化) できるヌクレオチドの最小数を調べる必要がありました。 20 個のアミノ酸がそれぞれ 1 塩基でコードされている場合、DNA には 20 個の異なる塩基が必要ですが、実際には 4 個しかありません。明らかに、2 つのヌクレオチドの組み合わせでも 20 個のアミノ酸をコードするのに十分ではありません。 4 2 = 16 というように、16 個のアミノ酸のみをコード化できます。

次に、このコードには 3 つのヌクレオチド 4 3 = 64 の組み合わせが含まれており、したがってタンパク質を形成するのに十分な量以上のアミノ酸をコード化できることが提案されました。 この 3 つのヌクレオチドの組み合わせはトリプレット コードと呼ばれます。

コードには次のプロパティがあります。

1.遺伝子コードトリプレット(各アミノ酸は 3 つのヌクレオチドによってコードされます)。

2. 縮退– トリプトファンとメチオニンを除き、1 つのアミノ酸は複数のトリプレットでコード化できます。

3. 1 つのアミノ酸のコドンでは、最初の 2 つのヌクレオチドは同じですが、3 番目のヌクレオチドが変化します。

4.非重複– トリプレットは互いに重なりません。 1 つのトリプレットが別のトリプレットの一部になることはできず、それぞれが独立して独自のアミノ酸をコードします。 したがって、ポリペプチド鎖では、任意の 2 つのアミノ酸が近くに位置する可能性があり、それらの任意の組み合わせが可能です。 塩基配列 ABCDEFGHI では、最初の 3 塩基が 1 つのアミノ酸 (ABC-1)、(DEF-2) などをコードします。

5.ユニバーサル、それらの。 すべての生物において、特定のアミノ酸のコドンは同じです（カモミールから人間まで）。 コードの普遍性は、地球上の生命の統一性を証明しています。

6. 共線性– mRNA のコドンの位置と、合成されたポリペプチド鎖のアミノ酸の順序の一致。

コドンは、1 つのアミノ酸をコードするヌクレオチドのトリプレットです。

7. 無意味– アミノ酸をコードしません。 タンパク質合成はこの時点で中断されます。

で ここ数年ミトコンドリアでは遺伝暗号の普遍性が侵害され、ミトコンドリア内の4つのコドンの意味が変化していることが判明しました。たとえば、コドンUGAはタンパク質合成の「STOP」ではなくトリプトファンに相当します。 AUA – 「イソロイシン」ではなくメチオニンに対応します。

ミトコンドリアでの新しいコドンの発見は、コードが進化したこと、そして突然そうなったわけではないという証拠を提供する可能性があります。

遺伝子からタンパク質分子までの遺伝情報を模式的に表現してみましょう。

DNA – RNA – タンパク質

勉強する 化学組成細胞は、同じ生物の異なる組織には、同じ数の染色体と同じ遺伝情報を持っているにもかかわらず、異なるタンパク質分子のセットが含まれていることを示しました。

この状況に注目してみましょう。生物全体のすべての遺伝子が各細胞に存在しているにもかかわらず、個々の細胞で機能する遺伝子はごくわずかで、総数の 10 分の 1 から数パーセントです。 残りの領域は「沈黙」しており、特殊なタンパク質によってブロックされています。 これは当然のことですが、たとえばヘモグロビン遺伝子が神経細胞で機能するのはなぜでしょうか? どの遺伝子が沈黙し、どの遺伝子が機能するかを細胞がどのように決定するかというと、細胞には遺伝子の活性を調節する何らかの完璧な機構があり、特定の瞬間にどの遺伝子が活性化され、どの遺伝子が不活性化されるべきかを決定すると仮定する必要があります。抑圧的）状態。 フランスの科学者F. ジャコボとJ. モノーによると、このメカニズムは誘導と抑制と呼ばれています。

誘導– タンパク質合成の刺激。

抑圧– タンパク質合成の抑制。

誘導により、細胞生命のこの段階で必要なタンパク質や酵素を合成する遺伝子の機能が確保されます。

動物では、細胞膜ホルモンが遺伝子調節の過程で重要な役割を果たしています。 植物 - 環境条件およびその他の高度に特殊化された誘導因子。

例: 甲状腺ホルモンを培地に添加すると、オタマジャクシはすぐにカエルに変わります。

E（大腸菌）細菌が正常に機能するには、乳糖（乳糖）が必要です。 細菌が存在する環境に乳糖が含まれていない場合、これらの遺伝子は抑制状態になります (つまり、機能しません)。 培地に導入された乳糖は、酵素の合成を担う遺伝子を活性化する誘導物質です。 乳糖が培地から除去されると、これらの酵素の合成は停止します。 したがって、リプレッサーの役割は、細胞内で合成される物質によって果たされ、その含有量が標準を超えたり、消費されたりする場合があります。

タンパク質や酵素の合成には、さまざまな種類の遺伝子が関与しています。

すべての遺伝子は DNA 分子の中に存在します。

これらは機能が同じではありません。

- 構造 –ある酵素やタンパク質の合成に影響を与える遺伝子は、合成反応の過程に影響を与える順序で DNA 分子内に次々と配置されています。構造遺伝子とも言えます。これらは、酵素やタンパク質の合成に関する情報を運ぶ遺伝子です。アミノ酸の配列。

- アクセプター– 遺伝子はタンパク質の構造に関する遺伝情報を持たず、構造遺伝子の機能を調節します。

構造遺伝子のグループの前には、それらに共通の遺伝子があります - オペレーター、そして彼の前で - プロモーター。 一般に、この官能基は次のように呼ばれます。 羽のある

1 つのオペロンの遺伝子グループ全体が合成プロセスに含まれ、同時に合成プロセスからオフになります。 構造遺伝子のオンとオフを切り替えることは、制御プロセス全体の本質です。

オンとオフを切り替える機能は、DNA 分子の特別な部分によって実行されます。 遺伝子オペレーター。オペレーター遺伝子は、タンパク質合成の開始点、または遺伝情報を「読み取る」と言われます。 さらに、同じ分子の少し離れたところに遺伝子、つまり制御因子があり、その制御下でリプレッサーと呼ばれるタンパク質が生成されます。

これまで述べてきたことから、タンパク質合成が非常に複雑であることは明らかです。 細胞の遺伝システムは、抑制と誘導のメカニズムを利用して、特定の酵素の合成の開始と終了の必要性に関する信号を受け取り、このプロセスを一定の速度で実行することができます。

高等生物における遺伝子の作用を調節するという問題は、畜産および医学において非常に実際的に重要である。 タンパク質合成を制御する因子を確立すれば、個体発生を制御し、生産性の高い動物や遺伝性疾患に耐性のある動物を生み出す幅広い可能性が開かれるでしょう。

コントロールの質問:

1.遺伝子の性質に名前を付けます。

2.遺伝子とは何ですか?

3.DNA と RNA の生物学的意義に名前を付けてください。

4.タンパク質合成の段階に名前を付けます

5.遺伝暗号の性質を列挙します。