Breve descrição de como ocorre a síntese de proteínas em uma célula. Biossíntese de proteínas: concisa e compreensível

O papel das proteínas na célula e no corpo

O papel da proteína na vida celular e as principais etapas de sua síntese. A estrutura e as funções dos ribossomos. O papel dos ribossomos na síntese de proteínas.

As proteínas desempenham um papel extremamente importante nos processos vitais da célula e do corpo, são caracterizadas pelas seguintes funções.

Estrutural. Eles fazem parte de estruturas intracelulares, tecidos e órgãos. Por exemplo, o colágeno e a elastina atuam como componentes do tecido conjuntivo: ossos, tendões, cartilagem; a fibroína faz parte da seda, das teias de aranha; a queratina faz parte da epiderme e seus derivados (cabelos, chifres, penas). Eles formam conchas (capsídeos) de vírus.

Enzimático. Todas as reações químicas na célula ocorrem com a participação de catalisadores biológicos - enzimas (oxidoredutase, hidrolase, ligase, transferase, isomerase e liase).

Regulatório. Por exemplo, os hormônios insulina e glucagon regulam o metabolismo da glicose. As proteínas histonas estão envolvidas na organização espacial da cromatina e, portanto, afetam a expressão gênica.

Transporte. A hemoglobina transporta oxigênio no sangue de vertebrados, hemocianina na hemolinfa de alguns invertebrados, mioglobina nos músculos. A albumina sérica serve para transportar ácidos graxos, lipídios, etc. As proteínas de transporte de membrana fornecem transporte ativo de substâncias através das membranas celulares (Na +, K + -ATPase). Os citocromos realizam a transferência de elétrons ao longo das cadeias de transporte de elétrons das mitocôndrias e cloroplastos.

Protetor. Por exemplo, anticorpos (imunoglobulinas) formam complexos com antígenos bacterianos e com proteínas estranhas. Os interferons bloqueiam a síntese da proteína viral em uma célula infectada. O fibrinogênio e a trombina estão envolvidos nos processos de coagulação do sangue.

Contrátil (motor). As proteínas actina e miosina fornecem os processos de contração muscular e contração de elementos do citoesqueleto.

Sinal (receptor). As proteínas da membrana celular fazem parte de receptores e antígenos de superfície.

proteínas de armazenamento. Caseína do leite, albumina do ovo, ferritina (armazena ferro no baço).

Toxinas proteicas. toxina diftérica.

Função de energia. Com a quebra de 1 g de proteína em produtos metabólicos finais (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), são liberados 17,6 kJ ou 4,2 kcal de energia.

A biossíntese de proteínas ocorre em todas as células vivas. É mais ativo em células jovens em crescimento, onde são sintetizadas proteínas para a construção de suas organelas, bem como em células secretoras, onde são sintetizadas proteínas enzimáticas e proteínas hormonais.

Papel principal na determinação da estrutura das proteínas pertence ao DNA. Um pedaço de DNA contendo informações sobre a estrutura de uma única proteína é chamado de gene. Uma molécula de DNA contém várias centenas de genes. Uma molécula de DNA contém um código para a sequência de aminoácidos em uma proteína na forma de nucleotídeos definitivamente combinados.

Síntese proteíca - um processo complexo de vários estágios que representa uma cadeia de reações sintéticas procedendo de acordo com o princípio da síntese da matriz.

Na biossíntese de proteínas, são determinadas as seguintes etapas, que ocorrem em diferentes partes da célula:

Primeira etapa - A síntese do i-RNA ocorre no núcleo, durante o qual a informação contida no gene do DNA é reescrita em i-RNA. Esse processo é chamado de transcrição (do latim "transcrição" - reescrita).

Na segunda fase há uma conexão de aminoácidos com moléculas de t-RNA, que consistem sequencialmente em três nucleotídeos - anticódons, com a ajuda dos quais seu códon triplete é determinado.

Terceira fase - este é o processo de síntese direta de ligações polipeptídicas, chamado de tradução. Ocorre nos ribossomos.

Na quarta fase a formação da estrutura secundária e terciária da proteína, ou seja, a formação da estrutura final da proteína.

Assim, no processo de biossíntese de proteínas, novas moléculas de proteínas são formadas de acordo com as informações exatas embutidas no DNA. Este processo garante a renovação das proteínas, processos metabólicos, crescimento e desenvolvimento das células, ou seja, todos os processos da atividade vital celular.

Para estudar os processos que ocorrem no corpo, você precisa saber o que está acontecendo no nível celular. Onde as proteínas desempenham um papel importante. É necessário estudar não apenas suas funções, mas também o processo de criação. Portanto, é importante explicar de forma breve e clara. Grau 9 é o mais adequado para isso. É nesta fase que os alunos têm conhecimento suficiente para compreender este tópico.

Proteínas - o que é e para que servem

Esses compostos macromoleculares desempenham um papel enorme na vida de qualquer organismo. As proteínas são polímeros, ou seja, consistem em muitos “pedaços” semelhantes. Seu número pode variar de algumas centenas a milhares.

As proteínas desempenham muitas funções na célula. Seu papel também é grande em níveis mais altos de organização: tecidos e órgãos dependem em grande parte do correto funcionamento de várias proteínas.

Por exemplo, todos os hormônios são de origem protéica. Mas são essas substâncias que controlam todos os processos do corpo.

A hemoglobina também é uma proteína, consiste em quatro cadeias, que são conectadas no centro por um átomo de ferro. Essa estrutura fornece a capacidade de transportar oxigênio pelos eritrócitos.

Lembre-se de que todas as membranas contêm proteínas. Eles são necessários para o transporte de substâncias através da membrana celular.

Existem muito mais funções das moléculas de proteína que elas desempenham de forma clara e inquestionável. Esses compostos surpreendentes são muito diversos não apenas em seus papéis na célula, mas também em sua estrutura.

Onde ocorre a síntese

O ribossomo é a organela na qual ocorre a parte principal do processo chamado "biossíntese de proteínas". A 9ª série em diferentes escolas difere no currículo para estudar biologia, mas muitos professores fornecem material sobre organelas com antecedência, antes de estudar tradução.

Portanto, não será difícil para os alunos lembrar o material abordado e consolidá-lo. Você deve estar ciente de que apenas uma cadeia polipeptídica pode ser criada em uma organela por vez. Isso não é suficiente para satisfazer todas as necessidades da célula. Portanto, existem muitos ribossomos e, na maioria das vezes, eles são combinados com o retículo endoplasmático.

Tal EPS é chamado áspero. O benefício dessa “colaboração” é óbvio: logo após a síntese, a proteína entra no canal de transporte e pode ser enviada ao seu destino sem demora.

Mas se levarmos em conta o início, ou seja, a leitura das informações do DNA, podemos dizer que a biossíntese de proteínas em uma célula viva começa no núcleo. É lá que o código genético é sintetizado.

Os materiais necessários são aminoácidos, o local de síntese é o ribossomo

Parece que é difícil explicar como ocorre a biossíntese de proteínas, de forma breve e clara, o diagrama do processo e vários desenhos são simplesmente necessários. Eles ajudarão a transmitir todas as informações, assim como os alunos serão capazes de se lembrar delas mais facilmente.

Em primeiro lugar, para a síntese, você precisa de um "material de construção" - os aminoácidos. Alguns deles são produzidos pelo corpo. Outros só podem ser obtidos com a alimentação, são chamados de indispensáveis.

O número total de aminoácidos é vinte, mas devido ao grande número de opções nas quais eles podem ser organizados em uma cadeia longa, as moléculas de proteína são muito diversas. Esses ácidos são semelhantes em estrutura, mas diferem em radicais.

São as propriedades dessas partes de cada aminoácido que determinam qual estrutura a cadeia resultante irá “dobrar”, se formará uma estrutura quaternária com outras cadeias e quais propriedades a macromolécula resultante terá.

O processo de biossíntese de proteínas não pode ocorrer simplesmente no citoplasma, ele precisa de um ribossomo. consiste em duas subunidades - grandes e pequenas. Em repouso, eles se separam, mas assim que a síntese começa, eles imediatamente se conectam e começam a trabalhar.

Esses diferentes e importantes ácidos ribonucleicos

Para trazer um aminoácido para o ribossomo, você precisa de um RNA especial chamado transporte. É abreviado como tRNA. Esta molécula de trevo de cadeia simples é capaz de anexar um único aminoácido à sua extremidade livre e transportá-lo para o local de síntese de proteínas.

Outro RNA envolvido na síntese de proteínas é chamado de matriz (informação). Ele carrega um componente igualmente importante da síntese - um código que indica claramente quando qual aminoácido se encadeia na cadeia de proteína resultante.

Esta molécula tem uma estrutura de fita simples, consiste em nucleotídeos, bem como DNA. Existem algumas diferenças na estrutura primária desses ácidos nucléicos, sobre as quais você pode ler no artigo comparativo sobre RNA e DNA.

As informações sobre a composição da proteína mRNA recebem do principal guardião do código genético - o DNA. O processo de leitura e síntese do mRNA é chamado de transcrição.

Ocorre no núcleo, de onde o mRNA resultante é enviado para o ribossomo. O DNA em si não sai do núcleo, sua tarefa é apenas preservar o código genético e transferi-lo para a célula filha durante a divisão.

Tabela de resumo dos principais participantes da transmissão

Para descrever a biossíntese de proteínas de forma concisa e clara, uma tabela é simplesmente necessária. Nele, anotaremos todos os componentes e seu papel nesse processo, que se chama tradução.

O próprio processo de criação de uma cadeia de proteínas é dividido em três etapas. Vejamos cada um deles com mais detalhes. Depois disso, você pode explicar facilmente a biossíntese de proteínas para todos que desejam de uma forma curta e compreensível.

Iniciação - o início do processo

Este é o estágio inicial da tradução, no qual a pequena subunidade do ribossomo se funde com o primeiro tRNA. Este ácido ribonucléico transporta o aminoácido metionina. A tradução sempre começa com esse aminoácido, pois o códon de início é AUG, que codifica esse primeiro monômero da cadeia protéica.

Para que o ribossomo reconheça o códon de iniciação e não inicie a síntese a partir do meio do gene, onde também pode aparecer a sequência AUG, uma sequência especial de nucleotídeos está localizada ao redor do códon de iniciação. É a partir deles que o ribossomo reconhece o local onde sua pequena subunidade deve ficar.

Após a formação do complexo com mRNA, termina a etapa de iniciação. E começa a etapa principal da tradução.

Alongamento - o meio da síntese

Nesta fase, ocorre um acúmulo gradual da cadeia de proteínas. A duração do alongamento depende do número de aminoácidos na proteína.

Em primeiro lugar, a subunidade grande do ribossomo está ligada à subunidade pequena. E o t-RNA inicial está inteiramente nele. Do lado de fora, apenas a metionina permanece. Em seguida, um segundo t-RNA carregando outro aminoácido entra na subunidade grande.

Se o segundo códon no mRNA corresponder ao anticódon no topo da folha de trevo, o segundo aminoácido é ligado ao primeiro por meio de uma ligação peptídica.

Depois disso, o ribossomo se move ao longo do m-RNA por exatamente três nucleotídeos (um códon), o primeiro t-RNA destaca a metionina de si mesmo e se separa do complexo. Em seu lugar está um segundo t-RNA, no final do qual já existem dois aminoácidos.

Em seguida, um terceiro tRNA entra na subunidade grande e o processo se repete. Ele continuará até que o ribossomo atinja um códon no mRNA que sinaliza o fim da tradução.

Terminação

Esta fase é a última, pode parecer muito cruel para alguns. Todas as moléculas e organelas que trabalharam tão harmoniosamente para criar uma cadeia polipeptídica param assim que o ribossomo atinge um códon terminal.

Ele não codifica nenhum aminoácido, portanto, qualquer tRNA que entrar na subunidade grande será rejeitado devido a uma incompatibilidade. É aqui que entram em ação os fatores de terminação, que separam a proteína finalizada do ribossomo.

A própria organela pode se dividir em duas subunidades ou continuar no mRNA em busca de um novo códon de início. Um mRNA pode ter vários ribossomos ao mesmo tempo. Cada um deles está em seu próprio estágio de tradução... A proteína recém-criada é fornecida com marcadores, com a ajuda dos quais seu destino ficará claro para todos. E por EPS será enviado para onde for necessário.

Para entender o papel da biossíntese de proteínas, é necessário estudar quais funções ela pode desempenhar. Depende da sequência de aminoácidos na cadeia. São suas propriedades que determinam o secundário, terciário e às vezes quaternário (se existir) e seu papel na célula. Você pode ler mais sobre as funções das moléculas de proteína em um artigo sobre este tópico.

Como aprender mais sobre transmissão

Este artigo descreve a biossíntese de proteínas em uma célula viva. Claro, se você estudar o assunto mais profundamente, serão necessárias muitas páginas para explicar o processo em todos os detalhes. Mas o material acima deve ser suficiente para uma ideia geral. Materiais de vídeo nos quais os cientistas simularam todas as etapas da tradução podem ser muito úteis para a compreensão. Alguns deles foram traduzidos para o russo e podem servir como um excelente guia para estudantes ou apenas como um vídeo educacional.

Para entender melhor o assunto, você deve ler outros artigos sobre temas relacionados. Por exemplo, sobre ou sobre as funções das proteínas.

O processo de biossíntese de proteínas é extremamente importante para a célula. Como as proteínas são substâncias complexas que desempenham um papel importante nos tecidos, elas são indispensáveis. Por esta razão, toda uma cadeia de processos de biossíntese de proteínas é realizada na célula, que ocorre em várias organelas. Isso garante a reprodução celular e a possibilidade de existência.

A essência do processo de biossíntese de proteínas

O único local para a síntese de proteínas é áspero, aqui está a maior parte dos ribossomos responsáveis ​​​​pela formação da cadeia polipeptídica. No entanto, antes do início da etapa de tradução (o processo de síntese de proteínas), é necessária a ativação do gene, que armazena informações sobre a estrutura da proteína. Depois disso, é necessária a cópia desta seção do DNA (ou RNA, se a biossíntese bacteriana for considerada).

Depois de copiar o DNA, é necessário o processo de criação do RNA mensageiro. A partir dela, será realizada a síntese da cadeia proteica. Além disso, todas as etapas que ocorrem com o envolvimento dos ácidos nucléicos devem ocorrer em No entanto, este não é o local onde ocorre a síntese de proteínas. onde ocorre a preparação para a biossíntese.

Biossíntese de proteínas ribossômicas

O principal local onde ocorre a síntese de proteínas é a organela celular, que consiste em duas subunidades. Há um grande número dessas estruturas na célula e estão localizadas principalmente nas membranas do retículo endoplasmático rugoso. A biossíntese propriamente dita ocorre da seguinte forma: o RNA mensageiro formado no núcleo da célula sai pelos poros nucleares para o citoplasma e se encontra com o ribossomo. Em seguida, o mRNA é empurrado para o espaço entre as subunidades do ribossomo, após o que o primeiro aminoácido é fixado.

Os aminoácidos são fornecidos ao local onde ocorre a síntese de proteínas com a ajuda de uma dessas moléculas, podendo trazer um aminoácido de cada vez. Eles se juntam por sua vez, dependendo da sequência de códons do RNA mensageiro. Além disso, a síntese pode parar por um tempo.

Ao se mover ao longo do mRNA, o ribossomo pode entrar em regiões (íntrons) que não codificam aminoácidos. Nesses locais, o ribossomo simplesmente se move ao longo do mRNA, mas nenhum aminoácido é adicionado à cadeia. Assim que o ribossomo atinge o éxon, ou seja, o local que codifica o ácido, ele se liga novamente ao polipeptídeo.

Modificação pós-sintética de proteínas

Depois que o ribossomo atinge o códon de parada do RNA mensageiro, o processo de síntese direta é concluído. No entanto, a molécula resultante possui uma estrutura primária e ainda não pode desempenhar as funções que lhe são reservadas. Para funcionar plenamente, uma molécula deve ser organizada em uma determinada estrutura: secundária, terciária ou ainda mais complexa - quaternária.

Organização estrutural de uma proteína

A estrutura secundária é o primeiro estágio da organização estrutural. Para alcançá-lo, a cadeia polipeptídica primária deve se enrolar (formar hélices alfa) ou dobrar (criar camadas beta). Então, para ocupar ainda menos espaço ao longo do comprimento, a molécula é ainda mais contraída e enrolada em uma bola devido ao hidrogênio, ligações covalentes e iônicas, bem como interações interatômicas. Assim, obtemos um globo

Estrutura quaternária da proteína

A estrutura quaternária é a mais complexa de todas. Consiste em várias seções com estrutura globular, conectadas por filamentos fibrilares do polipeptídeo. Além disso, a estrutura terciária e quaternária pode conter um carboidrato ou resíduo lipídico, que expande o espectro de funções da proteína. Em particular, as glicoproteínas, proteínas e carboidratos, são imunoglobulinas e desempenham uma função protetora. Além disso, as glicoproteínas estão localizadas nas membranas celulares e funcionam como receptores. No entanto, a molécula é modificada não onde ocorre a síntese de proteínas, mas no retículo endoplasmático liso. Aqui existe a possibilidade de ligação de lipídios, metais e carboidratos a domínios de proteínas.

Primeiro, estabeleça a sequência de etapas na biossíntese de proteínas, começando com a transcrição. Toda a sequência de processos que ocorrem durante a síntese de moléculas de proteína pode ser combinada em 2 etapas:

1. Transcrição.

2. Transmissão.

Unidades estruturais de informação hereditária são genes - seções da molécula de DNA que codificam a síntese de uma proteína específica. Em termos de organização química, o material de hereditariedade e variabilidade de pró e eucariotos não é fundamentalmente diferente. O material genético neles é apresentado na molécula de DNA, o princípio de registrar informações hereditárias e o código genético também é comum. Os mesmos aminoácidos em pro e eucariotos são criptografados pelos mesmos códons.

O genoma das células procarióticas modernas é caracterizado por um tamanho relativamente pequeno, o DNA da Escherichia coli tem a forma de um anel, com cerca de 1 mm de comprimento. Contém 4 x 10 6 pares de bases, formando cerca de 4000 genes. Em 1961, F. Jacob e J. Monod descobriram a cistrônica, ou organização contínua de genes procarióticos, que consistem inteiramente em codificar sequências de nucleotídeos, e são totalmente realizados durante a síntese de proteínas. O material hereditário da molécula de DNA dos procariotos está localizado diretamente no citoplasma da célula, onde também estão localizados o tRNA e as enzimas necessárias para a expressão gênica.A expressão é a atividade funcional dos genes, ou expressão gênica. Portanto, o mRNA sintetizado com o DNA é capaz de atuar imediatamente como um molde no processo de tradução da síntese proteica.

O genoma eucariótico contém muito mais material hereditário. Nos seres humanos, o comprimento total do DNA no conjunto diploide de cromossomos é de cerca de 174 cm, contém 3 x 10 9 pares de bases e inclui até 100.000 genes. Em 1977, foi descoberta uma descontinuidade na estrutura da maioria dos genes eucarióticos, que foi chamada de gene "mosaico". Possui sequências de nucleotídeos codificantes exônico e íntron parcelas. Apenas a informação do éxon é usada para a síntese de proteínas. O número de íntrons varia em diferentes genes. Foi estabelecido que o gene da ovalbumina de galinha inclui 7 íntrons e o gene do procolágeno de mamífero - 50. As funções dos íntrons de DNA silencioso não foram completamente elucidadas. Supõe-se que forneçam: 1) a organização estrutural da cromatina; 2) alguns deles estão obviamente envolvidos na regulação da expressão gênica; 3) os íntrons podem ser considerados como um repositório de informações para variabilidade; 4) podem desempenhar um papel protetor, assumindo a ação de agentes mutagênicos.

Transcrição

O processo de reescrever informações no núcleo da célula de uma porção de uma molécula de DNA para uma molécula de mRNA (mRNA) é chamado transcrição(lat. Transcriptio - reescrita). O produto primário do gene, mRNA, é sintetizado. Este é o primeiro passo na síntese de proteínas. Na seção correspondente do DNA, a enzima RNA polimerase reconhece o sinal do início da transcrição - visualizar O ponto de partida é considerado o primeiro nucleotídeo do DNA, que é incluído pela enzima no transcrito do RNA. Como regra, as regiões codificantes começam com o códon AUG, às vezes GUG é usado em bactérias. Quando a RNA polimerase se liga ao promotor, a dupla hélice do DNA é destorcida localmente e uma das fitas é copiada de acordo com o princípio da complementaridade. O mRNA é sintetizado, sua velocidade de montagem atinge 50 nucleotídeos por segundo. À medida que a RNA polimerase se move, a cadeia de mRNA cresce e, quando a enzima atinge o final do local de cópia - Exterminador do Futuro, o mRNA se afasta do molde. A dupla hélice de DNA atrás da enzima é reparada.

A transcrição de procariotos ocorre no citoplasma. Devido ao fato de que o DNA consiste inteiramente em codificar sequências de nucleotídeos, portanto, o mRNA sintetizado imediatamente atua como um modelo para a tradução (ver acima).

A transcrição do mRNA em eucariotos ocorre no núcleo. Começa com a síntese de grandes moléculas - precursores (pró-mRNA), chamados imaturos, ou RNA nuclear.O produto primário do gene - pró-mRNA é uma cópia exata da região transcrita do DNA, inclui éxons e íntrons. O processo de formação de moléculas de RNA maduras a partir de precursores é chamado em processamento. A maturação do mRNA ocorre por emenda são estacas por enzimas restricaseíntrons e conexão de sítios com sequências de éxons transcritos por enzimas ligases. (Fig.) O mRNA maduro é muito mais curto do que as moléculas precursoras de pró-mRNA, o tamanho dos íntrons varia de 100 a 1000 nucleotídeos ou mais. Os íntrons representam cerca de 80% de todo o mRNA imaturo.

Já foi demonstrado que é possível splicing alternativo, em que sequências de nucleotídeos podem ser deletadas de um transcrito primário em suas diferentes regiões e vários mRNAs maduros serão formados. Esse tipo de splicing é característico do sistema gênico de imunoglobulinas em mamíferos, o que possibilita a formação de diferentes tipos de anticorpos a partir de um único transcrito de mRNA.

Após a conclusão do processamento, o mRNA maduro é selecionado antes de deixar o núcleo. Foi estabelecido que apenas 5% do mRNA maduro entra no citoplasma e o restante é clivado no núcleo.

Transmissão

Tradução (lat. Translatio - transferência, transferência) - tradução das informações contidas na sequência de nucleotídeos da molécula de mRNA na sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica (Fig. 10). Este é o segundo estágio da síntese de proteínas. A transferência de mRNA maduro através dos poros do envelope nuclear produz proteínas especiais que formam um complexo com a molécula de RNA. Além do transporte do mRNA, essas proteínas protegem o mRNA dos efeitos nocivos das enzimas citoplasmáticas. No processo de tradução, os tRNAs desempenham um papel central; eles garantem a correspondência exata do aminoácido com o código do trigêmeo de mRNA. O processo de decodificação da tradução ocorre nos ribossomos e é realizado na direção de 5 para 3. O complexo de mRNA e ribossomos é chamado de polissomo.

A tradução pode ser dividida em três fases: iniciação, alongamento e término.

Iniciação.

Nessa etapa, é montado todo o complexo envolvido na síntese da molécula de proteína. Há uma união de duas subunidades ribossomais em um determinado local do mRNA, o primeiro aminoacil - tRNA é anexado a ele e isso define o quadro para a leitura das informações. Qualquer molécula de mRNA contém um sítio complementar ao rRNA da pequena subunidade do ribossomo e especificamente controlado por ele. Próximo a ele está o códon de iniciação AUG, que codifica o aminoácido metionina.

Alongamento

- inclui todas as reações desde o momento da formação da primeira ligação peptídica até a fixação do último aminoácido. O ribossomo tem dois locais para a ligação de duas moléculas de tRNA. O primeiro t-RNA com o aminoácido metionina está localizado em uma seção, peptidil (P), e a síntese de qualquer molécula de proteína começa a partir dele. A segunda molécula de t-RNA entra no segundo sítio do ribossomo - aminoacil (A) e se liga ao seu códon. Uma ligação peptídica é formada entre a metionina e o segundo aminoácido. O segundo tRNA se move junto com seu códon de mRNA para o centro peptidil. O movimento do tRNA com a cadeia polipeptídica do centro aminoacil para o centro peptidilo é acompanhado pelo avanço do ribossomo ao longo do mRNA por uma etapa correspondente a um códon. O tRNA que distribuiu a metionina retorna ao citoplasma e o centro amnoacil é liberado. Ele recebe um novo t-RNA com um aminoácido criptografado pelo próximo códon. Uma ligação peptídica é formada entre o terceiro e o segundo aminoácidos, e o terceiro tRNA, junto com o códon do mRNA, se move para o centro peptidil. O processo de alongamento, alongamento da cadeia de proteínas. Ele continua até que um dos três códons que não codificam aminoácidos entre no ribossomo. Este é um códon terminador e não há tRNA correspondente para ele, então nenhum dos tRNAs pode ocupar um lugar no centro aminoacil.

Terminação

- finalização da síntese polipeptídica. Está associado ao reconhecimento por uma proteína ribossômica específica de um dos códons de terminação (UAA, UAG, UGA) quando entra no centro aminoacil. Um fator de terminação especial é anexado ao ribossomo, o que promove a separação das subunidades do ribossomo e a liberação da molécula de proteína sintetizada. A água é ligada ao último aminoácido do peptídeo e sua extremidade carboxila é separada do tRNA.

A montagem da cadeia peptídica é realizada em alta velocidade. Em bactérias a uma temperatura de 37°C, expressa-se na adição de 12 a 17 aminoácidos por segundo ao polipeptídeo. Nas células eucarióticas, dois aminoácidos são adicionados a um polipeptídeo em um segundo.

A cadeia polipeptídica sintetizada então entra no complexo de Golgi, onde a construção da molécula de proteína é concluída (segunda, terceira, quarta estruturas aparecem em sucessão). Aqui há uma complexação de moléculas de proteína com gorduras e carboidratos.

Todo o processo de biossíntese de proteínas é apresentado na forma de um esquema: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® cadeia polipeptídica ® proteína ® complexo proteico e sua transformação em moléculas funcionalmente ativas.

As etapas da implementação da informação hereditária também ocorrem de maneira semelhante: primeiro, ela é transcrita na sequência de nucleotídeos do mRNA e depois traduzida na sequência de aminoácidos do polipeptídeo nos ribossomos com a participação do tRNA.

A transcrição de eucariotos é realizada sob a ação de três polimerases de RNA nucleares. A RNA polimerase 1 está localizada no nucléolo e é responsável pela transcrição dos genes rRNA. A RNA polimerase 2 é encontrada na seiva nuclear e é responsável pela síntese do precursor do mRNA. A RNA polimerase 3 é uma pequena fração na seiva nuclear que sintetiza pequenos rRNAs e tRNAs. As polimerases de ARN reconhecem especificamente a sequência de nucleótidos do promotor da transcrição. O mRNA eucariótico é sintetizado primeiro como um precursor (pró-mRNA), as informações dos éxons e íntrons são transferidas para ele. O mRNA sintetizado é maior do que o necessário para a tradução e é menos estável.

No processo de maturação da molécula de mRNA, os íntrons são cortados com a ajuda de enzimas de restrição e os éxons são costurados com a ajuda de enzimas ligase. A maturação do mRNA é chamada de processamento, e a junção dos éxons é chamada de splicing. Assim, o mRNA maduro contém apenas éxons e é muito mais curto que seu predecessor, o pró-mRNA. Os tamanhos dos íntrons variam de 100 a 10.000 nucleotídeos ou mais. Intons representam cerca de 80% de todo o mRNA imaturo. Atualmente, foi comprovada a possibilidade de splicing alternativo, no qual sequências de nucleotídeos podem ser deletadas de um transcrito primário em suas diferentes regiões e vários mRNAs maduros serão formados. Esse tipo de splicing é característico do sistema gênico de imunoglobulinas em mamíferos, o que possibilita a formação de diferentes tipos de anticorpos a partir de um único transcrito de mRNA. Após a conclusão do processamento, o mRNA maduro é selecionado antes de ser liberado no citoplasma a partir do núcleo. Foi estabelecido que apenas 5% do mRNA maduro entra e o restante é clivado no núcleo. A transformação dos transcriptons primários dos genes eucarióticos, associada à sua organização exon-intron e em conexão com a transição do mRNA maduro do núcleo para o citoplasma, determina as características da realização da informação genética dos eucariotos. Portanto, o gene mosaico eucariótico não é um gene cistrônomo, uma vez que nem toda a sequência de DNA é usada para a síntese de proteínas.

A principal questão da genética é a questão da síntese de proteínas. Resumindo dados sobre a estrutura e síntese de DNA e RNA, Crick em 1960. propôs uma teoria da matriz de síntese de proteínas com base em 3 disposições:

1. Complementaridade das bases nitrogenadas do DNA e do RNA.

2. A sequência linear da localização dos genes em uma molécula de DNA.

3. A transferência de informação hereditária só pode ocorrer de ácido nucléico para ácido nucléico ou para proteína.

De proteína para proteína, a transferência de informações hereditárias é impossível. Assim, apenas os ácidos nucleicos podem ser um modelo para a síntese de proteínas.

A síntese de proteínas requer:

1. DNA (genes) no qual as moléculas são sintetizadas.

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

No processo de síntese de proteínas, distinguem-se as etapas: transcrição e tradução.

Transcrição- censo (reescrita) de informações sobre a estrutura nucleica de DNA para RNA (t-RNA e RNA, r-RNA).

A leitura das informações hereditárias começa com uma determinada seção do DNA, que é chamada de promotor. O promotor está localizado antes do gene e inclui cerca de 80 nucleotídeos.

Na cadeia externa da molécula de DNA, é sintetizado o i-RNA (intermediário), que serve como matriz para a síntese de proteínas e, portanto, é chamado de matriz. É uma cópia exata da sequência de nucleotídeos na cadeia de DNA.

Existem regiões no DNA que não contêm informação genética (íntrons). As seções do DNA que contêm informações são chamadas de éxons.

Existem enzimas especiais no núcleo que cortam os íntrons, e os fragmentos do exon são “unidos” em uma ordem estrita em um fio comum, esse processo é chamado de “splicing”. Durante o splicing, é formado o mRNA maduro, que contém as informações necessárias para a síntese de proteínas. O mRNA maduro (RNA da matriz) passa pelos poros da membrana nuclear e entra nos canais do retículo endoplasmático (citoplasma) e aqui se combina com os ribossomos.

Transmissão- a sequência de nucleotídeos no i-RNA é traduzida em uma sequência estritamente ordenada de aminoácidos na molécula de proteína sintetizada.

O processo de tradução inclui 2 etapas: a ativação de aminoácidos e a síntese direta de uma molécula de proteína.

Uma molécula de mRNA se liga a 5-6 ribossomos para formar polissomos. A síntese de proteínas ocorre na molécula de mRNA, com os ribossomos se movendo ao longo dela. Nesse período, os aminoácidos do citoplasma são ativados por enzimas especiais secretadas por enzimas secretadas pelas mitocôndrias, cada uma delas com sua enzima específica.

Quase instantaneamente, os aminoácidos se ligam a outro tipo de RNA - um RNA solúvel de baixo peso molecular que atua como um transportador de aminoácidos para a molécula de mRNA e é chamado de transporte (t-RNA). O tRNA transporta aminoácidos para os ribossomos até um determinado local, onde a essa altura a molécula de mRNA está localizada. Os aminoácidos são então unidos por ligações peptídicas para formar uma molécula de proteína. No final da síntese de proteínas, a molécula está gradualmente se desprendendo do mRNA.

Em uma molécula de mRNA, 10-20 moléculas de proteína são formadas e, em alguns casos, muito mais.

A questão mais obscura na síntese de proteínas é como o tRNA encontra o local apropriado para o mRNA ao qual o aminoácido que ele traz deve ser anexado.

A sequência de arranjo das bases nitrogenadas no DNA, que determina o arranjo dos aminoácidos na proteína sintetizada, é o código genético.

Já que a mesma informação hereditária é “gravada” nos ácidos nucléicos por quatro caracteres (bases nitrogenadas), e nas proteínas por vinte (aminoácidos). O problema do código genético se reduz a estabelecer uma correspondência entre eles. Geneticistas, físicos e químicos desempenharam um papel importante na decifração do código genético.

Para decifrar o código genético, antes de tudo, era preciso saber qual é o número mínimo de nucleotídeos que pode determinar (codificar) a formação de um aminoácido. Se cada um dos 20 aminoácidos fosse codificado por uma base, então o DNA teria que ter 20 bases diferentes, mas na verdade são apenas 4. Obviamente, a combinação de dois nucleotídeos também não é suficiente para codificar 20 aminoácidos. Ele pode codificar apenas 16 aminoácidos 4 2 = 16.

Então foi proposto que o código inclui 3 nucleotídeos 4 3 = 64 combinações e, portanto, é capaz de codificar aminoácidos mais do que suficientes para formar qualquer proteína. Essa combinação de três nucleotídeos é chamada de código tripleto.

O código tem as seguintes propriedades:

1. O código genético é trigêmeo(cada aminoácido é codificado por três nucleotídeos).

2. Degeneração- um aminoácido pode ser codificado por vários trigêmeos, a exceção é o triptofano e a metionina.

3. Nos códons de um aminoácido, os dois primeiros nucleotídeos são iguais e o terceiro muda.

4. Não sobreposto– trigêmeos não se sobrepõem. Um trigêmeo não pode fazer parte de outro; cada um deles codifica independentemente seu próprio aminoácido. Portanto, quaisquer dois aminoácidos podem estar próximos na cadeia polipeptídica e qualquer combinação deles é possível, ou seja, na sequência de bases ABCDEFGHI, as três primeiras bases codificam 1 aminoácido (ABC-1), (DEF-2), etc.

5.Universal, Essa. em todos os organismos, os códons para certos aminoácidos são os mesmos (da camomila aos humanos). A universalidade do código atesta a unidade da vida na terra.

6. Ajoelhado- a coincidência do arranjo dos códons no mRNA com a ordem dos aminoácidos na cadeia polipeptídica sintetizada.

Um códon é um trio de nucleotídeos que codifica 1 aminoácido.

7. Inútil Não codifica nenhum aminoácido. A síntese de proteínas neste local é interrompida.

Nos últimos anos, ficou claro que a universalidade do código genético é violada nas mitocôndrias, quatro códons nas mitocôndrias mudaram de significado, por exemplo, o códon UGA - responde ao triptofano em vez de "STOP" - a cessação da síntese de proteínas . AUA - corresponde à metionina - em vez de "isoleucina".

A descoberta de novos códons nas mitocôndrias pode servir como evidência de que o código evoluiu e não imediatamente.

Deixe a informação hereditária de um gene para uma molécula de proteína pode ser expressa esquematicamente.

DNA - RNA - proteína

O estudo da composição química das células mostrou que diferentes tecidos de um mesmo organismo contêm um conjunto diferente de moléculas de proteínas, embora tenham o mesmo número de cromossomos e a mesma informação genética hereditária.

Observamos a seguinte circunstância: apesar da presença em cada célula de todos os genes de todo o organismo, muito poucos genes funcionam em uma única célula - de décimos a vários por cento do número total. O resto das áreas são "silenciosas", são bloqueadas por proteínas especiais. Isso é compreensível, por que, por exemplo, os genes da hemoglobina funcionam em uma célula nervosa? Assim como a célula dita quais genes devem ser silenciados e quais devem funcionar, deve-se supor que a célula possui algum tipo de mecanismo perfeito que regula a atividade dos genes, que determina quais genes devem estar ativos em um determinado momento e quais devem ser ativados. em um estado inativo (repressivo). Tal mecanismo, segundo os cientistas franceses F. Jacobo e J. Monod, foi chamado de indução e repressão.

Indução- estimulação da síntese de proteínas.

Repressão- inibição da síntese de proteínas.

A indução garante o trabalho daqueles genes que sintetizam uma proteína ou enzima, e que é necessário nesta fase da vida da célula.

Em animais, os hormônios da membrana celular desempenham um papel importante no processo de regulação gênica; em plantas, condições ambientais e outros indutores altamente especializados.

Exemplo: quando o hormônio tireoidiano é adicionado ao meio, ocorre uma rápida transformação dos girinos em rãs.

O açúcar do leite (lactose) é necessário para o funcionamento normal da bactéria E (Coli). Se o ambiente em que as bactérias estão localizadas não contém lactose, esses genes estão em um estado repressivo (ou seja, não funcionam). A lactose introduzida no meio é um indutor, incluindo os genes responsáveis ​​pela síntese de enzimas. Após a remoção da lactose do meio, a síntese dessas enzimas é interrompida. Assim, o papel de um repressor pode ser desempenhado por uma substância que é sintetizada na célula e se o seu conteúdo exceder a norma ou se esgotar.

Diferentes tipos de genes estão envolvidos na síntese de proteínas ou enzimas.

Todos os genes estão na molécula de DNA.

Suas funções não são as mesmas:

- estrutural - os genes que afetam a síntese de uma enzima ou proteína estão localizados na molécula de DNA sequencialmente, um após o outro, na ordem de sua influência no curso da reação de síntese, ou você também pode dizer genes estruturais - são genes que carregam informações sobre o sequência de aminoácidos.

- aceitador- os genes não carregam informações hereditárias sobre a estrutura da proteína, eles regulam o trabalho dos genes estruturais.

Antes de um grupo de genes estruturais está um gene comum para eles - operador, e na frente dele promotor. Em geral, esse grupo funcional é chamado emplumado.

Todo o grupo de genes de um operon é incluído no processo de síntese e é desligado dele simultaneamente. Ligar e desligar genes estruturais é a essência de todo o processo de regulação.

A função de ligar e desligar é realizada por uma seção especial da molécula de DNA - operador gene. O operador do gene é o ponto de partida da síntese de proteínas ou, como dizem, a "leitura" da informação genética. além disso, na mesma molécula, a alguma distância, está um gene - um regulador, sob o controle do qual é produzida uma proteína chamada repressor.

De tudo o que foi dito acima, pode-se ver que a síntese de proteínas é muito difícil. O sistema genético celular, usando os mecanismos de repressão e indução, pode receber sinais sobre a necessidade de iniciar e terminar a síntese de uma determinada enzima e realizar esse processo em uma determinada velocidade.

O problema de regular a ação dos genes em organismos superiores é de grande importância prática na pecuária e na medicina. O estabelecimento dos fatores reguladores da síntese proteica abriria amplas possibilidades de controle da ontogenia, criando animais altamente produtivos, bem como animais resistentes a doenças hereditárias.

Perguntas de controle:

1. Cite as propriedades dos genes.

2. O que é um gene?

3. Qual é o significado biológico do DNA, RNA.

4. Cite os estágios da síntese de proteínas

5. Liste as propriedades do código genético.