세포에서 단백질 합성이 일어나는 방법에 대한 간략한 설명. 단백질 생합성: 간결하고 이해하기 쉬움

세포와 신체에서 단백질의 역할

세포 생활에서 단백질의 역할과 합성의 주요 단계. 리보솜의 구조와 기능. 단백질 합성에서 리보솜의 역할.

단백질은 세포와 신체의 생명 과정에서 매우 중요한 역할을 하며 다음과 같은 기능을 특징으로 합니다.

구조적.그들은 세포 내 구조, 조직 및 기관의 일부입니다. 예를 들어, 콜라겐과 엘라스틴은 뼈, 힘줄, 연골과 같은 결합 조직의 구성 요소 역할을 합니다. 피브로인은 실크, 거미줄의 일부입니다. 케라틴은 표피와 그 파생물(모발, 뿔, 깃털)의 일부입니다. 그들은 바이러스의 껍질(캡시드)을 형성합니다.

효소.세포의 모든 화학 반응은 생물학적 촉매인 효소(산화환원효소, 가수분해효소, 리가아제, 전이효소, 이성화효소 및 분해효소)의 참여로 진행됩니다.

규제.예를 들어, 인슐린과 글루카곤 호르몬은 포도당 대사를 조절합니다. 히스톤 단백질은 염색질의 공간 구성에 관여하므로 유전자 발현에 영향을 미칩니다.

수송.헤모글로빈은 척추동물의 혈액에 산소를, 일부 무척추동물의 혈림프에는 헤모시아닌을, 근육에는 미오글로빈을 운반합니다. 혈청 알부민은 지방산, 지질 등을 수송하는 역할을 합니다. 막 수송 단백질은 세포막을 통해 물질을 능동적으로 수송합니다(Na +, K + -ATPase). 시토크롬은 미토콘드리아와 엽록체의 전자 전달 사슬을 따라 전자 전달을 수행합니다.

보호.예를 들어, 항체(면역글로불린)는 세균 항원 및 외래 단백질과 복합체를 형성합니다. 인터페론은 감염된 세포에서 바이러스 단백질의 합성을 차단합니다. 피브리노겐과 트롬빈은 혈액 응고 과정에 관여합니다.

수축성(운동).단백질 액틴과 미오신은 근육 수축과 세포골격 요소의 수축 과정을 제공합니다.

신호(수용체).세포막 단백질은 수용체와 표면 항원의 일부입니다.

저장 단백질. 우유 카제인, 계란 알부민, 페리틴(비장에 철 저장).

단백질 독소. 디프테리아 독소.

에너지 기능.단백질 1g이 최종 대사 산물(CO2, H2O, NH3, H2S, SO2)로 분해되면 17.6kJ 또는 4.2kcal의 에너지가 방출됩니다.

단백질 생합성은 모든 살아있는 세포에서 일어난다. 그것은 소기관의 구성을 위해 단백질이 합성되는 어린 성장 세포와 효소 단백질과 호르몬 단백질이 합성되는 분비 세포에서 가장 활동적입니다.

주요 역할단백질의 구조를 결정할 때 DNA에 속합니다. 단일 단백질의 구조에 대한 정보를 담고 있는 DNA 조각을 유전자라고 합니다. DNA 분자에는 수백 개의 유전자가 들어 있습니다. DNA 분자는 확실히 결합된 뉴클레오티드의 형태로 단백질의 아미노산 서열에 대한 코드를 포함합니다.

단백질 합성 -매트릭스 합성 원리에 따라 진행되는 일련의 합성 반응을 나타내는 복잡한 다단계 공정.

단백질 생합성에서 세포의 다른 부분에서 일어나는 다음 단계가 결정됩니다.

첫 번째 단계 - i-RNA 합성은 핵에서 일어나며, 그 동안 DNA 유전자에 포함된 정보가 i-RNA로 다시 쓰여집니다. 이 과정을 전사라고합니다 (라틴어 "성적 증명서"-재 작성).

두 번째 단계에서세 개의 뉴클레오티드-안티코돈으로 순차적으로 구성되는 t-RNA 분자와 아미노산의 연결이 있으며 삼중 항 코돈이 결정됩니다.

세 번째 단계 -이것은 번역이라고 불리는 폴리펩티드 결합의 직접 합성 과정입니다. 그것은 리보솜에서 발생합니다.

네 번째 단계에서단백질의 2차 및 3차 구조의 형성, 즉 단백질의 최종 구조의 형성.

따라서 단백질 생합성 과정에서 DNA에 내장된 정확한 정보에 따라 새로운 단백질 분자가 형성됩니다. 이 과정은 단백질의 재생, 대사 과정, 세포의 성장 및 발달, 즉 세포 생명 활동의 모든 과정을 보장합니다.

신체에서 일어나는 과정을 연구하려면 세포 수준에서 일어나는 일을 알아야 합니다. 단백질이 중요한 역할을 하는 곳. 기능뿐만 아니라 생성 과정도 연구할 필요가 있다. 따라서 간략하고 명확하게 설명하는 것이 중요합니다. 9등급이 이에 가장 적합합니다. 이 단계에서 학생들은 이 주제를 이해하기에 충분한 지식을 갖게 됩니다.

단백질 - 그것이 무엇이며 무엇을 위한 것입니까?

이러한 거대분자 화합물은 모든 유기체의 생명에 큰 역할을 합니다. 단백질은 중합체입니다. 즉, 많은 유사한 "조각"으로 구성됩니다. 그들의 수는 수백에서 수천까지 다양합니다.

단백질은 세포에서 많은 기능을 수행합니다. 그들의 역할은 조직의 높은 수준에서도 훌륭합니다. 조직과 기관은 다양한 단백질의 올바른 기능에 크게 의존합니다.

예를 들어, 모든 호르몬은 단백질 기원입니다. 그러나 신체의 모든 과정을 제어하는 ​​것은 이러한 물질입니다.

헤모글로빈은 또한 단백질이며 철 원자로 중앙에 연결된 4개의 사슬로 구성됩니다. 이 구조는 적혈구가 산소를 운반하는 능력을 제공합니다.

모든 막에는 단백질이 포함되어 있음을 상기하십시오. 그들은 세포막을 통한 물질 수송에 필요합니다.

명확하고 의심의 여지없이 수행하는 단백질 분자의 더 많은 기능이 있습니다. 이 놀라운 화합물은 세포에서의 역할뿐만 아니라 구조에서도 매우 다양합니다.

합성은 어디서 하나요

리보솜은 "단백질 생합성"이라는 과정의 주요 부분이 일어나는 소기관입니다. 학교마다 9학년은 생물학을 공부하는 커리큘럼이 다르지만 많은 교사들이 번역을 공부하기 전에 미리 세포 기관에 대한 자료를 제공합니다.

따라서 학생들이 다룬 자료를 기억하고 통합하는 것이 어렵지 않을 것입니다. 한 번에 하나의 소기관에서 하나의 폴리펩타이드 사슬만 생성될 수 있음을 알아야 합니다. 이것은 세포의 모든 요구를 충족시키기에 충분하지 않습니다. 따라서 많은 리보솜이 있으며 대부분 소포체와 결합됩니다.

이러한 EPS를 러프(rough)라고 합니다. 이러한 "협업"의 이점은 명백합니다. 합성 직후 단백질은 수송 채널로 들어가 지체 없이 목적지로 보낼 수 있습니다.

그러나 맨 처음, 즉 DNA에서 정보를 읽는 것을 고려하면 살아있는 세포의 단백질 생합성이 핵에서 시작된다고 말할 수 있습니다. 유전자 코드가 합성되는 곳이 있습니다.

필요한 물질은 아미노산, 합성장소는 리보솜

단백질 생합성이 어떻게 진행되는지 설명하기는 어려운 것 같고, 간단명료하게 공정도와 수많은 도면이 필요할 뿐입니다. 모든 정보를 전달하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 학생들이 더 쉽게 기억할 수 있습니다.

우선, 합성을 위해서는 "건축 자재"인 아미노산이 필요합니다. 그들 중 일부는 신체에서 생성됩니다. 다른 것들은 음식에서만 얻을 수 있으며 없어서는 안 될 것입니다.

아미노산의 총 수는 20개이지만 긴 사슬로 배열할 수 있는 옵션이 매우 많기 때문에 단백질 분자는 매우 다양합니다. 이 산은 구조가 비슷하지만 라디칼이 다릅니다.

결과로 생긴 사슬이 "접힐" 구조, 다른 사슬과 함께 4차 구조를 형성할지 여부, 생성된 거대분자가 갖게 될 속성을 결정하는 것은 각 아미노산의 이러한 부분의 속성입니다.

단백질 생합성 과정은 단순히 세포질에서 진행될 수 없으며 리보솜이 필요합니다. 크고 작은 두 개의 하위 단위로 구성됩니다. 휴면 상태에서는 분리되지만 합성이 시작되면 즉시 연결되어 작업을 시작합니다.

이러한 다양하고 중요한 리보핵산

아미노산을 리보솜으로 가져오려면 수송이라는 특별한 RNA가 필요합니다. 줄여서 tRNA라고 합니다. 이 단일 가닥 클로버잎 분자는 자유 말단에 단일 아미노산을 부착하여 단백질 합성 부위로 이동할 수 있습니다.

단백질 합성에 관여하는 또 다른 RNA는 매트릭스(정보)라고 합니다. 그것은 합성의 똑같이 중요한 구성 요소를 가지고 있습니다. 즉, 생성된 단백질 사슬에 언제 어떤 아미노산이 연결되어야 하는지를 명확하게 나타내는 코드입니다.

이 분자는 단일 가닥 구조를 가지고 있으며 DNA뿐만 아니라 뉴클레오티드로 구성됩니다. RNA와 DNA에 대한 비교 기사에서 읽을 수 있는 이러한 핵산의 기본 구조에는 약간의 차이가 있습니다.

단백질 mRNA의 구성에 대한 정보는 유전자 코드의 주요 관리인인 DNA로부터 받습니다. mRNA를 읽고 합성하는 과정을 전사라고 합니다.

그것은 생성된 mRNA가 리보솜으로 보내지는 핵에서 발생합니다. DNA 자체는 핵을 떠나지 않으며 그 임무는 유전 코드를 보존하고 분열 중에 딸 세포로 옮기는 것입니다.

방송의 주요 참가자 요약표

단백질 생합성을 간결하고 명확하게 설명하기 위해서는 간단히 표가 필요합니다. 여기에 번역이라고 하는 이 과정에서 모든 구성 요소와 해당 역할을 기록합니다.

단백질 사슬을 만드는 바로 그 과정은 세 단계로 나뉩니다. 각각에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 그 후에 단백질 생합성을 원하는 모든 사람들에게 짧고 이해하기 쉬운 방법으로 쉽게 설명할 수 있습니다.

시작 - 과정의 시작

이것은 리보솜의 작은 소단위가 첫 번째 tRNA와 융합하는 번역의 초기 단계입니다. 이 리보핵산은 아미노산 메티오닌을 운반합니다. 단백질 사슬에서 이 첫 번째 단량체를 암호화하는 시작 코돈이 AUG이기 때문에 번역은 항상 이 아미노산으로 시작됩니다.

리보솜이 시작 코돈을 인식하고 AUG 서열도 나타날 수 있는 유전자의 중간부터 합성을 시작하지 않기 위해서는 시작 코돈 주변에 특별한 염기서열이 위치한다. 리보솜이 작은 소단위가 있어야 할 위치를 인식하는 것은 그들로부터입니다.

mRNA와의 복합체 형성 후 개시 단계가 종료된다. 그리고 번역의 주요 단계가 시작됩니다.

신장 - 합성의 중간

이 단계에서 단백질 사슬의 점진적인 축적이 발생합니다. 신장 기간은 단백질의 아미노산 수에 따라 다릅니다.

우선, 리보솜의 큰 소단위체는 작은 소단위체에 붙어 있습니다. 그리고 초기 t-RNA는 완전히 그 안에 있습니다. 밖에는 메티오닌만 남습니다. 다음으로 다른 아미노산을 운반하는 두 번째 t-RNA가 큰 소단위체에 들어갑니다.

mRNA의 두 번째 코돈이 클로버 잎 상단의 안티코돈과 일치하면 두 번째 아미노산이 펩티드 결합을 통해 첫 번째 아미노산에 부착됩니다.

그 후 리보솜은 m-RNA를 따라 정확히 3개의 뉴클레오티드(코돈 1개)를 이동하며, 첫 번째 t-RNA는 메티오닌을 자체에서 분리하고 복합체에서 분리합니다. 그 자리에는 두 번째 t-RNA가 있으며 그 끝에는 이미 두 개의 아미노산이 있습니다.

그런 다음 세 번째 tRNA가 큰 소단위로 들어가고 프로세스가 반복됩니다. 리보솜이 번역의 끝을 알리는 mRNA의 코돈에 도달할 때까지 계속됩니다.

종료

이 단계는 마지막 단계이며 누군가에게는 매우 잔인하게 보일 수 있습니다. 리보솜이 말단 코돈에 도달하자마자 폴리펩티드 사슬을 생성하기 위해 조화롭게 작용한 모든 분자와 소기관은 멈춥니다.

어떤 아미노산도 코딩하지 않으므로 큰 소단위에 들어가는 tRNA는 모두 불일치로 인해 모두 거부됩니다. 이것은 완성된 단백질을 리보솜에서 분리하는 종결 인자가 작용하는 곳입니다.

소기관 자체는 두 개의 소단위로 쪼개지거나 새로운 시작 코돈을 찾기 위해 mRNA 아래로 계속 내려갈 수 있습니다. 하나의 mRNA는 한 번에 여러 개의 리보솜을 가질 수 있습니다. 그들 각각은 자체 번역 단계에 있으며 새로 생성된 단백질에는 마커가 제공되어 모든 사람이 목적지를 명확하게 알 수 있습니다. 그리고 EPS에 의해 필요한 곳으로 보내질 것입니다.

단백질 생합성의 역할을 이해하기 위해서는 그것이 어떤 기능을 수행할 수 있는지에 대한 연구가 필요하다. 그것은 사슬의 아미노산 순서에 따라 다릅니다. 2차, 3차, 때로는 4차(존재하는 경우)와 세포에서의 역할을 결정하는 것은 특성입니다. 이 주제에 대한 기사에서 단백질 분자의 기능에 대해 자세히 읽을 수 있습니다.

방송에 대해 자세히 알아보는 방법

이 기사는 살아있는 세포에서 단백질 생합성에 대해 설명합니다. 물론 주제를 더 깊이 연구하면 과정을 자세히 설명하는 데 많은 페이지가 필요합니다. 그러나 위의 자료는 일반적인 아이디어로는 충분해야 하며 과학자들이 번역의 모든 단계를 시뮬레이션한 비디오 자료는 이해에 매우 유용할 수 있습니다. 그들 중 일부는 러시아어로 번역되었으며 학생들을 위한 훌륭한 가이드 또는 교육용 비디오 역할을 할 수 있습니다.

주제를 더 잘 이해하려면 관련 주제에 대한 다른 기사를 읽어야 합니다. 예를 들어, 단백질의 기능에 관한 것입니다.

단백질 생합성 과정은 세포에 매우 중요합니다. 단백질은 조직에서 중요한 역할을 하는 복잡한 물질이기 때문에 없어서는 안 될 존재입니다. 이러한 이유로 단백질 생합성 과정의 전체 사슬은 여러 소기관에서 진행되는 세포에서 실현됩니다. 이것은 세포 재생산과 존재 가능성을 보장합니다.

단백질 생합성 과정의 본질

단백질 합성을 위한 유일한 장소는 거친 곳입니다.여기가 폴리펩티드 사슬의 형성을 담당하는 대부분의 리보솜입니다. 그러나 번역 단계(단백질 합성 과정)가 시작되기 전에 단백질 구조에 대한 정보를 저장하는 유전자의 활성화가 필요합니다. 그 후 DNA의 이 부분(또는 박테리아 생합성이 고려되는 경우 RNA)의 복제가 필요합니다.

DNA를 복사한 후 메신저 RNA를 만드는 과정이 필요하다. 이를 바탕으로 단백질 사슬의 합성을 진행하게 됩니다. 더욱이 핵산의 관여로 일어나는 모든 단계는 에서 일어나야 한다. 그러나 이곳은 단백질 합성이 일어나는 곳이 아니다. 생합성 준비가 이루어지는 곳.

리보솜 단백질 생합성

단백질 합성이 일어나는 주요 장소는 두 개의 하위 단위로 구성된 세포 소기관입니다. 세포에는 그러한 구조가 엄청나게 많으며 주로 거친 소포체의 막에 있습니다. 생합성 자체는 다음과 같이 발생합니다. 세포핵에서 형성된 메신저 RNA는 핵공을 통해 세포질로 빠져 나와 리보솜과 만납니다. 그런 다음 mRNA는 리보솜의 하위 단위 사이의 틈으로 밀려나고 그 후 첫 번째 아미노산이 고정됩니다.

아미노산은 한 번에 하나의 아미노산을 가져올 수 있는 그러한 분자 하나의 도움으로 단백질 합성이 일어나는 부위에 공급됩니다. 이들은 메신저 RNA의 코돈 서열에 따라 차례로 합류한다. 또한 합성이 잠시 중단될 수 있습니다.

mRNA를 따라 이동할 때 리보솜은 아미노산을 코딩하지 않는 영역(인트론)에 들어갈 수 있습니다. 이 위치에서 리보솜은 단순히 mRNA를 따라 이동하지만 아미노산은 사슬에 추가되지 않습니다. 리보솜이 엑손, 즉 산을 코딩하는 부위에 도달하자마자 폴리펩티드에 다시 붙습니다.

단백질의 합성 후 변형

리보솜이 메신저 RNA의 정지 코돈에 도달하면 직접 합성 과정이 완료됩니다. 그러나 생성된 분자는 1차 구조를 가지며 아직 예약된 기능을 수행할 수 없습니다. 완전한 기능을 위해서는 분자가 특정 구조(2차, 3차 또는 더 복잡한 - 4차)로 구성되어야 합니다.

단백질의 구조적 구성

이차 구조는 구조 조직의 첫 번째 단계입니다. 이를 달성하기 위해 1차 폴리펩타이드 사슬은 감기거나(알파 나선 형성) 접혀야 합니다(베타 층 생성). 그런 다음 길이를 따라 훨씬 더 적은 공간을 차지하기 위해 분자는 원자 간 상호 작용뿐만 아니라 수소, 공유 결합 및 이온 결합으로 인해 훨씬 ​​더 수축되고 공 모양으로 감깁니다. 따라서 우리는 구형을 얻습니다.

4차 단백질 구조

4차 구조는 가장 복잡합니다. 그것은 폴리펩티드의 원 섬유 필라멘트로 연결된 구형 구조를 가진 여러 섹션으로 구성됩니다. 또한 3차 및 4차 구조는 단백질 기능의 스펙트럼을 확장하는 탄수화물 또는 지질 잔류물을 포함할 수 있습니다. 특히, 당단백질, 단백질 및 탄수화물은 면역글로불린이며 보호 기능을 수행한다. 또한, 당단백질은 세포막에 위치하며 수용체로 작용합니다. 그러나 분자는 단백질 합성이 일어나는 곳이 아니라 매끄러운 소포체에서 변형됩니다. 여기에 지질, 금속 및 탄수화물이 단백질 도메인에 부착될 가능성이 있습니다.

먼저 전사부터 시작하여 단백질 생합성 단계의 순서를 설정합니다. 단백질 분자 합성 중에 발생하는 전체 프로세스 시퀀스는 2단계로 결합될 수 있습니다.

1. 전사.

2. 방송.

유전 정보의 구조 단위는 특정 단백질의 합성을 암호화하는 DNA 분자의 일부인 유전자입니다. 화학 조직의 측면에서 원핵 생물과 진핵 생물의 유전 및 변이의 물질은 근본적으로 다르지 않습니다. 그 속에 들어 있는 유전 물질은 DNA 분자로 제시되는데, 유전 정보와 유전 암호를 기록하는 원리도 일반적이다. 원핵생물과 진핵생물의 동일한 아미노산은 동일한 코돈에 의해 암호화됩니다.

현대 원핵 세포의 게놈은 상대적으로 작은 크기를 특징으로 하며 대장균의 DNA는 약 1mm 길이의 고리 형태입니다. 그것은 약 4000개의 유전자를 형성하는 4 x 10 6 염기쌍을 포함합니다. 1961년에 F. Jacob과 J. Monod는 뉴클레오티드 서열을 코딩하는 것으로 전적으로 구성된 원핵 유전자의 시스트론(cistronic) 또는 연속 조직을 발견했으며 단백질 합성 중에 완전히 실현됩니다. 원핵생물의 DNA 분자의 유전물질은 세포의 세포질에 직접 위치하며, 여기에는 유전자 발현에 필요한 tRNA와 효소도 위치하며, 발현은 유전자의 기능적 활성, 즉 유전자 발현이다. 따라서 DNA로 합성된 mRNA는 단백질 합성의 번역 과정에서 즉시 주형으로 작용할 수 있다.

진핵 게놈에는 훨씬 더 많은 유전 물질이 포함되어 있습니다. 인간의 경우 이배체 염색체 세트의 DNA 총 길이는 약 174cm이며 3 x 10 9 염기쌍을 포함하고 최대 100,000개의 유전자를 포함합니다. 1977년에 "모자이크" 유전자라고 불리는 대부분의 진핵생물 유전자 구조에서 불연속성이 발견되었습니다. 그것은 코딩 뉴클레오타이드 서열을 가지고 있습니다 엑소닉그리고 인트론플롯. 엑손 정보만 단백질 합성에 사용됩니다. 인트론의 수는 유전자에 따라 다릅니다. 닭의 오발부민 유전자는 7개의 인트론, 포유류의 프로콜라겐 유전자는 50개로 밝혀졌다. 침묵 DNA-인트론의 기능은 완전히 밝혀지지 않았다. 그들은 다음을 제공한다고 가정합니다: 1) 염색질의 구조적 구성; 2) 그들 중 일부는 명백히 유전자 발현의 조절에 관여한다; 3) 인트론은 가변성에 대한 정보 저장소로 간주될 수 있습니다. 4) 돌연변이원의 행동을 취하면서 보호 역할을 할 수 있습니다.

전사

DNA 분자의 일부에서 mRNA 분자(mRNA)로 세포 핵의 정보를 다시 쓰는 과정을 호출합니다. 전사(lat. Transcriptio - 다시 쓰기). 유전자의 주요 산물인 mRNA가 합성됩니다. 이것은 단백질 합성의 첫 번째 단계입니다. DNA의 해당 부분에서 RNA 폴리머라제 효소는 전사 시작 신호를 인식합니다. 시사시작점은 RNA 전사체의 효소에 의해 포함된 첫 번째 DNA 뉴클레오티드로 간주됩니다. 일반적으로 코딩 영역은 코돈 AUG로 시작하며 때로는 GUG가 박테리아에서 사용됩니다. RNA 중합효소가 프로모터에 결합하면 DNA 이중 나선이 국부적으로 풀리고 상보성의 원리에 따라 가닥 중 하나가 복사됩니다. mRNA가 합성되고 조립 속도는 초당 50뉴클레오티드에 이릅니다. RNA 중합효소가 움직이면서 mRNA 사슬이 성장하고 효소가 복제 자리 끝에 도달하면 - 터미네이터, mRNA는 템플릿에서 멀어집니다. 효소 뒤의 DNA 이중 나선이 복구됩니다.

원핵생물의 전사는 세포질에서 일어난다. DNA는 전적으로 코딩 뉴클레오티드 서열로 구성되어 있기 때문에 합성된 mRNA는 즉시 번역을 위한 주형으로 작용합니다(위 참조).

진핵생물에서 mRNA의 전사는 핵에서 일어난다. 그것은 미성숙 또는 핵 RNA라고 불리는 큰 분자의 합성으로 시작됩니다-전구체(pro-mRNA) 유전자의 주요 산물인 pro-mRNA는 전사된 DNA 영역의 정확한 사본이며 엑손과 인트론을 포함합니다. 전구체로부터 성숙한 RNA 분자가 형성되는 과정을 가공. mRNA 성숙은 접합효소에 의한 절단이다 제한인트론 및 리가제 효소에 의해 전사된 엑손 서열이 있는 부위의 연결. (그림) 성숙한 mRNA는 pro-mRNA 전구체 분자보다 훨씬 짧으며, 그 안에 있는 인트론의 크기는 100에서 1000개 뉴클레오티드 이상까지 다양합니다. 인트론은 모든 미성숙 mRNA의 약 80%를 차지합니다.

이제 가능하다는 것이 밝혀졌습니다. 대체 접합,뉴클레오타이드 서열이 다른 영역에 있는 하나의 1차 전사체에서 삭제될 수 있고 여러 성숙한 mRNA가 형성될 것입니다. 이러한 유형의 스플라이싱은 포유동물의 면역글로불린 유전자 시스템의 특징이며, 이는 단일 mRNA 전사물을 기반으로 다양한 유형의 항체를 형성할 수 있게 합니다.

처리가 완료되면 핵을 떠나기 전에 성숙한 mRNA가 선택됩니다. 성숙한 mRNA의 5%만이 세포질로 들어가고 나머지는 핵에서 절단된다는 것이 확립되었습니다.

방송

번역 (lat. Translatio - transfer, transfer) - mRNA 분자의 뉴클레오티드 서열에 포함된 정보를 폴리펩티드 사슬의 아미노산 서열로 번역합니다(그림 10). 이것은 단백질 합성의 두 번째 단계입니다. 핵막의 기공을 통한 성숙한 mRNA의 전달은 RNA 분자와 복합체를 형성하는 특수 단백질을 생성합니다. mRNA 수송 외에도 이러한 단백질은 세포질 효소의 손상 효과로부터 mRNA를 보호합니다. 번역 과정에서 tRNA는 중심적인 역할을 하며 아미노산과 mRNA 삼중항 코드의 정확한 일치를 보장합니다. 번역-해독 과정은 리보솜에서 발생하며 5에서 3 방향으로 수행됩니다. mRNA와 리보솜의 복합체를 폴리솜이라고 합니다.

번역은 시작, 연장 및 종료의 세 단계로 나눌 수 있습니다.

개시.

이 단계에서 단백질 분자의 합성과 관련된 전체 복합체가 조립됩니다. mRNA의 특정 부위에 2개의 리보솜 소단위체의 결합이 있고, 첫 번째 아미노아실-tRNA가 여기에 부착되어 정보를 읽을 수 있는 틀을 설정합니다. 모든 mRNA 분자는 리보솜의 작은 서브유닛의 rRNA에 상보적이고 특히 리보솜에 의해 제어되는 부위를 포함합니다. 그 옆에는 아미노산 메티오닌을 암호화하는 시작 코돈 AUG가 있습니다.

연장

- 첫 번째 펩타이드 결합이 형성되는 순간부터 마지막 ​​아미노산이 첨가될 때까지의 모든 반응을 포함한다. 리보솜에는 두 개의 tRNA 분자가 결합하는 두 개의 부위가 있습니다. 아미노산 메티오닌을 가진 첫 번째 t-RNA는 펩티딜(P)이라는 한 섹션에 위치하며 모든 단백질 분자의 합성이 여기에서 시작됩니다. 두 번째 t-RNA 분자는 리보솜의 두 번째 부위인 아미노아실(A)에 들어가 코돈에 붙습니다. 메티오닌과 두 번째 아미노산 사이에 펩티드 결합이 형성됩니다. 두 번째 tRNA는 mRNA 코돈과 함께 펩티딜 중심으로 이동합니다. 아미노아실 중심에서 펩티딜 중심으로 폴리펩티드 사슬을 가진 tRNA의 이동은 하나의 코돈에 해당하는 단계에 의해 mRNA를 따라 리보솜의 전진을 동반합니다. 메티오닌을 전달한 tRNA는 세포질로 돌아가고 amnoacyl 중심이 해제됩니다. 다음 코돈에 의해 암호화된 아미노산을 가진 새로운 t-RNA를 받습니다. 3번째와 2번째 아미노산 사이에 펩타이드 결합이 형성되고 3번째 tRNA가 mRNA 코돈과 함께 펩티딜 중심으로 이동하여 단백질 사슬이 늘어나는 과정. 아미노산을 암호화하지 않는 세 개의 코돈 중 하나가 리보솜에 들어갈 때까지 계속됩니다. 이것은 터미네이터 코돈이며 이에 상응하는 tRNA가 없으므로 tRNA 중 어느 것도 아미노아실 중심에 위치할 수 없습니다.

종료

- 폴리펩타이드 합성 완료. 이는 아미노아실 중심에 들어갈 때 종결 코돈(UAA, UAG, UGA) 중 하나의 특정 리보솜 단백질에 의한 인식과 관련이 있습니다. 리보솜에 특별한 종결 인자가 부착되어 리보솜 하위 단위의 분리와 합성된 단백질 분자의 방출을 촉진합니다. 물은 펩타이드의 마지막 아미노산에 부착되고 카복실 말단은 tRNA에서 분리됩니다.

펩티드 사슬의 조립은 고속으로 수행됩니다. 37°C 온도의 박테리아에서는 폴리펩티드에 초당 12~17개의 아미노산이 추가되어 발현됩니다. 진핵 세포에서는 1초에 두 개의 아미노산이 폴리펩티드에 추가됩니다.

그런 다음 합성된 폴리펩타이드 사슬은 단백질 분자의 구성이 완료되는 골지 복합체로 들어갑니다(두 번째, 세 번째, 네 번째 구조가 연속적으로 나타남). 여기에는 단백질 분자와 지방 및 탄수화물의 복합체가 있습니다.

단백질 생합성의 전체 과정은 DNA ® pro mRNA ® mRNA ® 폴리펩타이드 사슬 ® 단백질 ® 단백질 복합화 및 기능적으로 활성인 분자로의 변형이라는 계획의 형태로 제시됩니다.

유전 정보의 구현 단계도 비슷한 방식으로 진행됩니다. 먼저 mRNA의 뉴클레오티드 서열로 전사된 다음 tRNA가 참여하는 리보솜에서 폴리펩티드의 아미노산 서열로 번역됩니다.

진핵생물의 전사는 3개의 핵 RNA 중합효소의 작용으로 수행됩니다. RNA 중합효소 1은 핵소체에 위치하며 rRNA 유전자의 전사를 담당합니다. RNA 중합효소 2는 핵 수액에서 발견되며 mRNA 전구체의 합성을 담당합니다. RNA 중합효소 3은 작은 rRNA와 tRNA를 합성하는 핵 수액의 작은 분획입니다. RNA 중합효소는 전사 프로모터의 뉴클레오티드 서열을 특이적으로 인식합니다. 진핵생물 mRNA는 먼저 전구체(pro-mRNA)로 합성되며, 엑손과 인트론의 정보가 기록됩니다. 합성된 mRNA는 번역에 필요한 것보다 크고 덜 안정적입니다.

mRNA 분자의 성숙 과정에서 제한 효소의 도움으로 인트론이 절단되고 리가아제 효소의 도움으로 엑손이 함께 꿰매어집니다. mRNA의 성숙을 처리라고 하며, 엑손이 결합하는 것을 스플라이싱이라고 합니다. 따라서 성숙한 mRNA는 엑손만 포함하고 그 전신인 pro-mRNA보다 훨씬 짧습니다. 인트론 크기는 100에서 10,000 뉴클레오티드 이상까지 다양합니다. Inton은 모든 미성숙 mRNA의 약 80%를 차지합니다. 현재 대안적 스플라이싱(alternative splicing)의 가능성이 입증되어 하나의 1차 전사체의 다른 영역에서 뉴클레오타이드 서열이 삭제되고 여러 성숙한 mRNA가 형성될 수 있습니다. 이러한 유형의 스플라이싱은 포유동물의 면역글로불린 유전자 시스템의 특징이며, 이는 단일 mRNA 전사물을 기반으로 다양한 유형의 항체를 형성할 수 있게 합니다. 처리가 완료되면 핵에서 세포질로 방출되기 전에 성숙한 mRNA가 선택됩니다. 성숙한 mRNA의 5%만이 들어가고 나머지는 핵에서 절단된다는 것이 확립되었습니다. 엑손-인트론 구성과 관련되고 핵에서 세포질로의 성숙한 mRNA의 전이와 관련하여 진핵 유전자의 1차 전사체의 변형은 진핵생물의 유전 정보 실현의 특징을 결정합니다. 따라서 진핵 세포의 모자이크 유전자는 시스트로놈 유전자가 아닙니다. 모든 DNA 서열이 단백질 합성에 사용되는 것은 아니기 때문입니다.

유전학의 주요 문제는 단백질 합성 문제입니다. DNA와 RNA의 구조와 합성에 관한 데이터 요약, 1960년 Crick. 3가지 조항에 기초한 단백질 합성의 매트릭스 이론을 제안했습니다.

1. DNA와 RNA의 질소 염기의 상보성.

2. DNA 분자에서 유전자 위치의 선형 서열.

3. 유전 정보의 전달은 핵산에서 핵산 또는 단백질로만 발생할 수 있습니다.

단백질에서 단백질로 유전 정보가 전달되는 것은 불가능합니다.따라서 핵산만이 단백질 합성의 주형이 될 수 있습니다.

단백질 합성에는 다음이 필요합니다.

1. 분자가 합성되는 DNA(유전자).

2. RNA - (i-RNA) 또는 (m-RNA), r-RNA, t-RNA

단백질 합성 과정에서 단계는 전사와 번역으로 구분됩니다.

전사- DNA에서 RNA(t-RNA 및 RNA, r-RNA)로의 핵산 구조에 대한 정보의 인구조사(재작성).

유전 정보 읽기는 프로모터라고 하는 DNA의 특정 부분에서 시작됩니다. 프로모터는 유전자 앞에 위치하며 약 80개의 뉴클레오티드를 포함합니다.

DNA 분자의 바깥 사슬에는 i-RNA(중간체)가 합성되는데, 이는 단백질 합성을 위한 기질 역할을 하므로 기질이라고 합니다. 이것은 DNA 사슬에 있는 뉴클레오티드 서열의 정확한 사본입니다.

DNA에는 유전 정보를 포함하지 않는 영역(인트론)이 있습니다. 정보를 포함하는 DNA 부분을 엑손이라고 합니다.

핵에는 인트론을 절단하는 특수 효소가 있으며, 엑손 조각은 엄격한 순서로 공통 스레드로 함께 "스플라이싱"됩니다. 이 프로세스를 "스플라이싱"이라고 합니다. 스플라이싱 동안 단백질 합성에 필요한 정보를 포함하는 성숙한 mRNA가 형성됩니다. 성숙한 mRNA(매트릭스 RNA)는 핵막의 구멍을 통과하여 소포체(세포질)의 채널로 들어가고 여기에서 리보솜과 결합합니다.

방송- i-RNA의 뉴클레오티드 서열은 합성된 단백질 분자에서 엄격하게 정렬된 아미노산 서열로 번역됩니다.

번역 과정에는 아미노산의 활성화와 단백질 분자의 직접 합성의 2단계가 포함됩니다.

하나의 mRNA 분자는 5-6 리보솜에 결합하여 폴리솜을 형성합니다. 단백질 합성은 리보솜이 따라 움직이는 mRNA 분자에서 발생합니다. 이 기간 동안 세포질의 아미노산은 미토콘드리아에서 분비되는 효소에 의해 분비되는 특수 효소에 의해 활성화되며, 각각은 고유한 특정 효소를 가지고 있습니다.

거의 즉각적으로 아미노산은 또 다른 유형의 RNA, 즉 mRNA 분자에 대한 아미노산 운반체 역할을 하는 저분자량 용해성 RNA에 결합하며 이를 수송(t-RNA)이라고 합니다. tRNA는 아미노산을 리보솜으로 운반하여 이때 mRNA 분자가 위치한 특정 위치로 이동합니다. 그런 다음 아미노산은 펩타이드 결합으로 결합되어 단백질 분자를 형성합니다. 단백질 합성이 끝나면 분자는 점차적으로 mRNA에서 떨어져 나갑니다.

하나의 mRNA 분자에서 10-20개의 단백질 분자가 형성되며 경우에 따라 훨씬 더 많습니다.

단백질 합성에서 가장 모호한 질문은 tRNA가 가져오는 아미노산이 부착되어야 하는 적절한 mRNA 부위를 어떻게 찾는가 하는 것입니다.

합성된 단백질의 아미노산 배열을 결정하는 DNA의 질소 염기 배열 순서가 유전자 코드입니다.

동일한 유전 정보가 핵산에 4개의 문자(질소 염기)로, 단백질에 20개(아미노산)로 "기록"되기 때문입니다. 유전자 코드의 문제는 그들 사이의 일치를 설정하는 것으로 축소됩니다. 유전학자, 물리학자, 화학자는 유전 암호를 해독하는 데 중요한 역할을 했습니다.

유전자 코드를 해독하기 위해서는 먼저 하나의 아미노산 형성을 결정(암호화)할 수 있는 최소 뉴클레오티드 수를 알아내는 것이 필요했습니다. 20개의 아미노산 각각이 하나의 염기에 의해 암호화된다면 DNA는 20개의 다른 염기를 가져야 하지만 실제로는 4개뿐입니다. 분명히 두 뉴클레오티드의 조합도 20개의 아미노산을 암호화하기에 충분하지 않습니다. 그것은 16개의 아미노산 4 2 = 16에 대해서만 코딩할 수 있습니다.

그런 다음 코드가 3개의 뉴클레오티드 4 3 = 64 조합을 포함하므로 어떤 단백질을 형성하기에 충분한 아미노산을 암호화할 수 있다고 제안되었습니다. 이러한 3개의 뉴클레오티드 조합을 삼중항 코드라고 합니다.

코드에는 다음과 같은 속성이 있습니다.

1. 유전자 코드는 삼중항이다.(각 아미노산은 3개의 뉴클레오티드로 암호화됨).

2. 퇴화- 하나의 아미노산은 여러 삼중체에 의해 암호화될 수 있으며 예외는 트립토판과 메티오닌입니다.

3. 하나의 아미노산에 대한 코돈에서 처음 두 개의 뉴클레오티드는 동일하고 세 번째는 변경됩니다.

4.비겹침– 세 쌍둥이는 서로 겹치지 않습니다. 하나의 삼중항은 다른 삼중항의 일부가 될 수 없으며, 각각 독립적으로 자체 아미노산을 암호화합니다. 따라서 두 개의 아미노산이 폴리펩티드 사슬 근처에 있을 수 있으며 이들의 조합이 가능합니다. 염기 서열 ABCDEFGHI에서 처음 3개의 염기는 1개의 아미노산(ABC-1), (DEF-2) 등을 코딩합니다.

5. 보편적인,저것들. 모든 유기체에서 특정 아미노산의 코돈은 동일합니다(카모마일에서 인간까지). 코드의 보편성은 지상 생활의 통일성을 증거합니다.

6. 무릎 꿇기- 합성된 폴리펩타이드 사슬의 아미노산 순서와 mRNA의 코돈 배열의 일치.

코돈은 1개의 아미노산을 암호화하는 뉴클레오티드의 삼중항입니다.

7. 무의미어떤 아미노산도 코딩하지 않습니다. 이 부위에서 단백질 합성이 중단됩니다.

최근 몇 년 동안 미토콘드리아에서 유전자 코드의 보편성이 위반되고 미토콘드리아의 4개 코돈이 그 의미를 변경했다는 것이 분명해졌습니다. . AUA - "이소류신" 대신에 메티오닌에 해당합니다.

미토콘드리아에서 새로운 코돈의 발견은 코드가 진화했으며 즉시 그렇게 되지 않았다는 증거가 될 수 있습니다.

유전자에서 단백질 분자로의 유전 정보를 도식적으로 표현할 수 있습니다.

DNA - RNA - 단백질

세포의 화학적 구성에 대한 연구는 동일한 유기체의 다른 조직이 동일한 수의 염색체와 동일한 유전 정보를 가지고 있지만 다른 단백질 분자 세트를 포함하고 있음을 보여주었습니다.

우리는 다음과 같은 상황에 주목합니다. 전체 유기체의 모든 유전자가 각 세포에 존재 함에도 불구하고 전체 수의 10 분의 1에서 몇 퍼센트까지 단일 세포에서 작동하는 유전자는 거의 없습니다. 나머지 영역은 "조용"하며 특수 단백질에 의해 차단됩니다. 예를 들어 헤모글로빈 유전자가 신경 세포에서 작동하는 이유는 무엇입니까? 세포가 어떤 유전자가 침묵하고 어떤 것이 작동하는지 지시하는 것처럼, 세포는 유전자의 활동을 조절하는 일종의 완벽한 메커니즘을 가지고 있다고 가정해야 합니다. 비활성(억압) 상태. 프랑스 과학자 F. Jacobo와 J. Monod에 따르면 이러한 메커니즘을 유도 및 억압이라고합니다.

유도- 단백질 합성의 자극.

억제- 단백질 합성 억제.

유도는 단백질이나 효소를 합성하고 세포 생명의 이 단계에서 필요한 유전자의 작용을 보장합니다.

동물에서 세포막 호르몬은 유전자 조절 과정에서 중요한 역할을 합니다. 식물, 환경 조건 및 기타 고도로 전문화 된 인덕터.

예: 갑상선 호르몬이 배지에 추가되면 올챙이가 개구리로 빠르게 변합니다.

유당(유당)은 E(대장균) 박테리아의 정상적인 기능에 필요합니다. 박테리아가 위치한 환경에 유당이 포함되어 있지 않으면 이러한 유전자는 억제 상태에 있습니다(즉, 기능하지 않음). 배지에 도입된 유당은 효소 합성을 담당하는 유전자를 포함하는 인덕터입니다. 배지에서 유당을 제거한 후 이러한 효소의 합성이 중지됩니다. 따라서 repressor의 역할은 세포에서 합성되는 물질에 의해 수행 될 수 있으며 그 내용이 표준을 초과하거나 소모되는 경우.

다양한 유형의 유전자가 단백질 또는 효소 합성에 관여합니다.

모든 유전자는 DNA 분자에 있습니다.

그들의 기능은 동일하지 않습니다:

- 구조적 -효소 또는 단백질의 합성에 영향을 미치는 유전자는 합성 반응 과정에 영향을 미치는 순서대로 순차적으로 DNA 분자에 위치하거나 구조 유전자라고 말할 수도 있습니다. 아미노산 서열.

- 수락자- 유전자는 단백질 구조에 대한 유전 정보를 가지고 있지 않으며 구조 유전자의 작용을 조절합니다.

구조 유전자 그룹이 공통 유전자이기 전에 - 운영자,그리고 그 앞에서 발기인. 일반적으로 이 기능 그룹은 깃털.

하나의 오페론의 전체 유전자 그룹은 합성 과정에 포함되며 동시에 꺼집니다. 구조 유전자를 켜고 끄는 것이 전체 조절 과정의 핵심입니다.

켜고 끄는 기능은 DNA 분자의 특수 부분에 의해 수행됩니다. 유전자 연산자.유전자 조작자는 단백질 합성의 시작점 또는 그들이 말하는 것처럼 유전 정보의 "읽기"입니다. 더 나아가 동일한 분자에서 일정 거리에 있는 유전자는 억제자라고 하는 단백질이 생성되는 조절자입니다.

위의 모든 것에서 단백질 합성이 매우 어렵다는 것을 알 수 있습니다. 억제 및 유도 메커니즘을 사용하는 세포 유전 시스템은 특정 효소의 합성을 시작하고 종료해야 할 필요성에 대한 신호를 수신하고 주어진 속도로 이 과정을 수행할 수 있습니다.

고등 유기체에서 유전자의 작용을 조절하는 문제는 축산업과 의학에서 실질적으로 매우 중요합니다. 단백질 합성을 조절하는 요인의 확립은 유전병에 저항력이 있는 동물뿐만 아니라 생산성이 높은 동물을 만들어 개체 발생을 제어할 수 있는 광범위한 가능성을 열어줄 것입니다.

테스트 질문:

1. 유전자의 특성을 말하십시오.

2. 유전자란?

3. DNA, RNA의 생물학적 중요성은 무엇입니까?

4. 단백질 합성 단계 이름 지정

5. 유전자 코드의 속성을 나열하십시오.