Aranjament
Complexul de proteine ADN și ARN se numește. ADN și gene

Complexul de proteine ADN și ARN se numește. ADN și gene

Tema prelegerii de astăzi este sinteza ADN-ului, ARN-ului și proteinelor. Sinteza ADN-ului se numește replicare sau reduplicare (dublare), sinteza ARN se numește transcripție (rescriere cu ADN), sinteza proteinelor efectuată de un ribozom pe ARN mesager se numește traducere, adică traducem din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizi.

Vom încerca să facem o scurtă privire de ansamblu asupra tuturor acestor procese, în același timp să ne oprim mai în detaliu asupra detaliilor moleculare, pentru a vă face o idee despre profunzimea la care a fost studiat acest subiect.

Replicarea ADN-ului

Molecula de ADN, formată din două elice, se dublează în timpul diviziunii celulare. Dublarea ADN-ului se bazează pe faptul că atunci când firele sunt nerăsucite, se poate completa o copie complementară pentru fiecare catenă, obținându-se astfel două catene ale moleculei de ADN care o copiază pe cea originală.

Aici este indicat și unul dintre parametrii ADN-ului, acesta este pasul helixului, există 10 perechi de baze pentru fiecare tură completă, rețineți că un pas nu este între cele mai apropiate margini, ci printr-unul, deoarece ADN-ul are un mic șanț si unul mare. Proteinele care recunosc secvența de nucleotide interacționează cu ADN-ul prin canalul major. Pasul helixului este de 34 de angstromi, iar diametrul helixului dublu este de 20 de angstromi.

Replicarea ADN-ului este realizată de enzima ADN polimeraza. Această enzimă este capabilă să crească ADN doar la capătul 3’. Vă amintiți că molecula de ADN este antiparalelă, capetele sale diferite se numesc capătul 3΄ și capătul 5΄. În timpul sintezei de noi copii pe fiecare șuviță, o nouă șuviță este alungită în direcția de la 5΄ la 3΄, iar cealaltă în direcția de la 3΄ la 5-terminal. Cu toate acestea, ADN polimeraza nu poate extinde capătul 5΄. Prin urmare, sinteza unei catene de ADN, cea care crește într-o direcție „convenabilă” pentru enzimă, se desfășoară continuu (se numește catena conducătoare sau conducătoare), iar sinteza celeilalte catene se realizează pe scurt fragmente (se numesc fragmente Okazaki în onoarea omului de știință care le-a descris). Apoi aceste fragmente sunt cusute împreună, iar un astfel de fir se numește fir întârziat, în general, replicarea acestui fir este mai lentă. Structura care se formează în timpul replicării se numește furca de replicare.

Dacă ne uităm la replicarea ADN-ului unei bacterii, iar acest lucru poate fi observat la un microscop electronic, vom vedea că mai întâi formează un „ochi”, apoi se extinde, în cele din urmă întreaga moleculă circulară de ADN este replicată. Procesul de replicare are loc cu mare precizie, dar nu absolut. ADN polimeraza bacteriană face greșeli, adică introduce nucleotida greșită care se afla în molecula de ADN șablon, aproximativ la o frecvență de 10-6. La eucariote, enzimele funcționează mai precis, deoarece sunt mai complexe, nivelul de erori în replicarea ADN-ului la om este estimat la 10-7 - 10 -8. Precizia replicării poate fi diferită în diferite regiuni ale genomului, există regiuni cu o frecvență crescută a mutațiilor și există regiuni care sunt mai conservatoare, unde mutațiile apar rar. Și în aceasta, ar trebui să se distingă două procese diferite: procesul de apariție a unei mutații ADN și procesul de fixare a mutației. La urma urmei, dacă mutațiile duc la un rezultat letal, ele nu vor apărea în generațiile următoare, iar dacă eroarea nu este fatală, va fi remediată în generațiile următoare și vom putea observa și studia manifestarea ei. O altă caracteristică a replicării ADN-ului este că ADN polimeraza nu poate începe procesul de sinteză de la sine, are nevoie de o „sămânță”. De obicei, un fragment de ARN este utilizat ca o astfel de sămânță. Dacă vorbim despre genomul unei bacterii, atunci există un punct special numit originea (sursa, începutul) replicării, în acest moment există o secvență care este recunoscută de enzima care sintetizează ARN-ul. Aparține clasei de ARN polimeraze, iar în acest caz se numește primază. ARN polimerazele nu au nevoie de semințe, iar această enzimă sintetizează un fragment scurt de ARN - însăși „sămânța” cu care începe sinteza ADN-ului.

Transcriere

Următorul proces este transcrierea. Să ne oprim asupra ei mai detaliat.

Transcripția este sinteza ARN pe ADN, adică sinteza unei catene complementare de ARN pe o moleculă de ADN este realizată de enzima ARN polimerază. Bacteriile, cum ar fi Escherichia coli, au o singură ARN polimerază și toate enzimele bacteriene sunt foarte asemănătoare între ele; in organismele superioare (eucariote) exista mai multe enzime, se numesc ARN polimeraza I, ARN polimeraza II, ARN polimeraza III, au si asemanari cu enzimele bacteriene, dar sunt mai complicate, contin mai multe proteine. Fiecare tip de ARN polimerază eucariotă are propriile sale funcții speciale, adică transcrie un anumit set de gene. Catenul de ADN care servește ca matriță pentru sinteza ARN în timpul transcripției se numește sens sau șablon. Cea de-a doua catenă de ADN se numește non-coding (ARN-ul complementar nu codifică proteine, este „fără sens”).

Există trei etape în procesul de transcriere. Prima etapă este inițierea transcripției - începutul sintezei unei catene de ARN, se formează prima legătură între nucleotide. Apoi firul se formează, alungirea sa - alungire, iar când sinteza este finalizată, are loc terminarea, eliberarea ARN-ului sintetizat. În același timp, ARN polimeraza „desprinde” ADN-ul și este gata pentru un nou ciclu de transcripție. ARN polimeraza bacteriană a fost studiată în detaliu. Este format din mai multe subunități proteice: două subunități α (acestea sunt subunități mici), subunități β și β΄ (subunități mari) și subunități ω. Împreună formează așa-numita enzimă minimă sau enzimă-core. Subunitatea σ poate fi atașată la această enzimă de bază. Subunitatea σ este necesară pentru a începe sinteza ARN, pentru a iniția transcripția. După ce a avut loc inițierea, subunitatea σ este desprinsă de complex, iar miezul-enzima conduce lucrările ulterioare (alungirea lanțului). Când este atașată la ADN, subunitatea σ recunoaște locul în care ar trebui să înceapă transcripția. Se numește promotor. Un promotor este o secvență de nucleotide care indică începutul sintezei ARN. Fără subunitatea σ, miezul-enzima nu poate fi recunoscută de promotor. Subunitatea σ împreună cu enzima de bază se numește enzimă completă sau holoenzimă.

După ce a contactat ADN-ul, și anume, promotorul pe care subunitatea σ l-a recunoscut, holoenzima desfășoară helixul dublu catenar și începe sinteza ARN-ului. Întinderea ADN-ului nerăsucit este punctul de inițiere a transcripției, prima nucleotidă la care trebuie atașată complementar o ribonucleotidă. Este inițiată transcripția, subunitatea σ pleacă, iar enzima de bază continuă alungirea lanțului de ARN. Apoi are loc terminarea, miezul-enzima este eliberat și devine pregătit pentru un nou ciclu de sinteză.

Cum se alungește transcripția?

ARN-ul crește la capătul 3’. Prin atașarea fiecărei nucleotide, miezul-enzima face un pas de-a lungul ADN-ului și se deplasează cu o nucleotidă. Deoarece totul în lume este relativ, putem spune că enzima-nucleu este imobilă, iar ADN-ul este „târât” prin ea. Este clar că rezultatul va fi același. Dar vom vorbi despre mișcarea de-a lungul moleculei de ADN. Dimensiunea complexului proteic care constituie enzima de bază este de 150 Ǻ. Dimensiunile ARN polimerazei - 150×115×110Ǻ. Adică este o astfel de nanomașină. Viteza ARN polimerazei este de până la 50 de nucleotide pe secundă. Complexul enzimei centrale cu ADN și ARN se numește complex de alungire. Conține un hibrid ADN-ARN. Adică, acesta este locul în care ADN-ul este asociat cu ARN, iar capătul 3’ al ARN-ului este deschis pentru creștere ulterioară. Dimensiunea acestui hibrid este de 9 perechi de baze. Regiunea nerăsucită a ADN-ului are aproximativ 12 perechi de baze.

ARN polimeraza legată de ADN în fața locului nerăsucit. Această regiune se numește duplex ADN frontal și are o dimensiune de 10 bp. Polimeraza este, de asemenea, asociată cu o porțiune mai lungă de ADN numită duplex ADN din spate. Dimensiunea ARN-urilor mesager care sintetizează ARN polimeraze în bacterii poate ajunge la 1000 de nucleotide sau mai mult. În celulele eucariote, dimensiunea ADN-ului sintetizat poate ajunge la 100.000 sau chiar câteva milioane de nucleotide. Adevărat, nu se știe dacă ele există în astfel de dimensiuni în celule sau în procesul de sinteză pot avea timp să le proceseze.

Complexul de alungire este destul de stabil, deoarece el trebuie să facă o treabă grozavă. Adică, de la sine, nu va „cădea” cu ADN-ul. Este capabil să se deplaseze prin ADN cu o viteză de până la 50 de nucleotide pe secundă. Acest proces se numește deplasare (sau translocare). Interacțiunea ADN-ului cu ARN polimeraza (nucleu-enzimă) nu depinde de secvența acestui ADN, spre deosebire de subunitatea σ. Iar miezul-enzima, când trece prin anumite semnale de terminare, completează sinteza ADN-ului.

Să analizăm mai detaliat structura moleculară a miezului-enzimei. După cum sa menționat mai sus, enzima de bază constă din subunități α și β. Ele sunt conectate în așa fel încât formează, parcă, o „gură” sau „gheară”. Subunitățile α sunt situate la baza acestei „gheare” și îndeplinesc o funcție structurală. Ele nu par să interacționeze cu ADN și ARN. Subunitatea ω este o proteină mică care are și o funcție structurală. Cea mai mare parte a lucrării cade pe ponderea subunităților β și β΄. În figură, subunitatea β΄ este prezentată în partea de sus, iar subunitatea β este prezentată în partea de jos.

În interiorul „gurii”, care se numește canalul principal, se află locul activ al enzimei. Aici are loc conexiunea nucleotidelor, formarea unei noi legături în timpul sintezei ARN. Canalul principal în ARN polimerază este locul unde se află ADN-ul în timpul alungirii. Chiar și în această structură, există un așa-numit canal secundar pe lateral, prin care sunt furnizate nucleotidele pentru sinteza ARN.

Distribuția sarcinilor pe suprafața ARN polimerazei asigură funcțiile acesteia. Distribuția este foarte logică. Molecula de acid nucleic este încărcată negativ. Prin urmare, cavitatea canalului principal, unde ar trebui să fie păstrat ADN-ul încărcat negativ, este căptușită cu sarcini pozitive. Suprafața ARN polimerazei este făcută cu aminoacizi încărcați negativ pentru a preveni lipirea ADN-ului de ea.

În urmă cu aproape jumătate de secol, în 1953, D. Watson și F. Crick au descoperit principiul organizării structurale (moleculare) a substanței genice - acidul dezoxiribonucleic (ADN). Structura ADN-ului a dat cheia mecanismului de reproducere exactă - reduplicare - a substanței genice. Așa că a apărut o nouă știință - biologia moleculară. A fost formulată așa-numita dogmă centrală a biologiei moleculare: ADN - ARN - proteină. Sensul său este că informația genetică înregistrată în ADN se realizează sub formă de proteine, dar nu direct, ci printr-un polimer înrudit - acidul ribonucleic (ARN), iar această cale de la acizi nucleici la proteine este ireversibilă. Astfel, ADN-ul este sintetizat pe ADN, asigurând propria sa reduplicare, adică reproducerea materialului genetic original în generații; ARN-ul este sintetizat din ADN, rezultând rescrierea sau transcrierea informațiilor genetice sub formă de copii multiple de ARN; Moleculele de ARN servesc drept modele pentru sinteza proteinelor - informația genetică este tradusă sub formă de lanțuri polipeptidice. În cazuri speciale, ARN-ul poate fi transcris sub formă de ADN („transcripție inversă”) și, de asemenea, copiat sub formă de ARN (replicare), dar o proteină nu poate fi niciodată un șablon pentru acizi nucleici (vezi pentru mai multe detalii).

Deci, ADN-ul este cel care determină ereditatea organismelor, adică un set de proteine și trăsături înrudite care se reproduc în generații. Biosinteza proteinelor este procesul central al materiei vii, iar acizii nucleici îi oferă, pe de o parte, un program care determină întregul set și specificul proteinelor sintetizate, iar pe de altă parte, un mecanism de reproducere cu acuratețe a acestui program în generații. . În consecință, originea vieții în forma sa celulară modernă se reduce la apariția unui mecanism de biosinteză moștenită a proteinelor.

BIOSINTEZA PROTEINELOR

Dogma centrală a biologiei moleculare postulează doar o modalitate de a transfera informația genetică de la acizi nucleici la proteine și, în consecință, la proprietățile și caracteristicile unui organism viu. Studiul mecanismelor de realizare a acestei căi în deceniile care au urmat formulării dogmei centrale a dezvăluit funcții mult mai diverse ale ARN-ului decât purtătorul de informații de la gene (ADN) la proteine și să servească drept matrice pentru sinteza proteinelor. .

Pe fig. 1 prezintă o schemă generală a biosintezei proteinelor într-o celulă. ARN mesager(ARN mesager, ARN mesager, ARNm), care codifică proteine, despre care a fost discutat mai sus, este doar una dintre cele trei clase principale de ARN celular. Volumul lor (aproximativ 80%) este o altă clasă de ARN - ARN ribozomal, care formează cadrul structural și centrele funcționale ale particulelor universale de sinteză a proteinelor - ribozomi. ARN-urile ribozomale sunt responsabile – atât structural, cât și funcțional – pentru formarea mașinilor moleculare ultramicroscopice numite ribozomi. Ribozomii primesc informații genetice sub formă de molecule de ARNm și, fiind programați de acestea din urmă, produc proteine în strictă concordanță cu acest program.

Totuși, pentru a sintetiza proteine, informațiile sau un program în sine nu sunt suficiente - ai nevoie și de un material din care să poată fi făcute. Fluxul de material pentru sinteza proteinelor ajunge la ribozomi prin a treia clasă de ARN celular - transfer ARN(ARN de transfer, ARN de transfer, ARNt). Aceștia leagă - acceptă - covalent aminoacizi, care servesc ca material de construcție pentru proteine și intră în ribozomi sub formă de aminoacil-ARNt. În ribozomi, aminoacil-ARNt interacționează cu codoni - combinații de trei nucleotide - ale ARNm, ca urmare a cărora codonii sunt decodificați în timpul translației.

ACIZI RIBONUCLEIC

Deci, avem un set de ARN-uri celulare principale care determină procesul principal al materiei vii moderne - biosinteza proteinelor. Acestea sunt ARNm, ARN ribozomal și ARNt. ARN-ul este sintetizat pe ADN folosind enzime - ARN polimeraze care efectuează transcripția - rescrierea anumitor secțiuni (segmente liniare) de ADN dublu catenar în formă de ARN monocatenar. Regiunile ADN care codifică proteinele celulare sunt rescrise sub formă de ARNm, în timp ce pentru sinteza a numeroase copii de ARN ribozomal și ARNt, există regiuni speciale ale genomului celular din care are loc o rescrie intensivă fără traducere ulterioară în proteine.

Structura chimică a ARN-ului. Din punct de vedere chimic, ARN-ul este foarte asemănător cu ADN-ul. Ambele substanțe sunt polimeri liniari ai nucleotidelor. Fiecare monomer - nucleotidă - este o N-glicozidă fosforilată, construită dintr-un reziduu de zahăr cu cinci atomi de carbon - pentoză, purtând o grupare fosfat pe gruparea hidroxil a celui de-al cincilea atom de carbon (legatură ester) și o bază azotată la primul atom de carbon ( Legătura N-glicozidică). Principala diferență chimică dintre ADN și ARN este că reziduul de zahăr al monomerului ARN este riboza, iar monomerul ADN este deoxiriboză, care este un derivat al ribozei, în care nu există o grupare hidroxil la al doilea atom de carbon (Fig. 2). ).

Există patru tipuri de baze azotate atât în ADN, cât și în ARN: două baze purinice - adenină (A) și guanină (G) - și două baze pirimidinice - citozină (C) și uracil (U) sau derivatul său metilat timină (T).

Uracilul este caracteristic monomerilor ARN, în timp ce timina este caracteristică monomerilor ADN, iar aceasta este a doua diferență între ARN și ADN. Monomerii - ribonucleotide ARN sau dezoxiribonucleotide ADN - formează un lanț polimeric prin formarea de punți de fosfodiester între reziduurile de zahăr (între al cincilea și al treilea atom de carbon ai pentozei). Astfel, lanțul polimeric al unui acid nucleic - ADN sau ARN - poate fi reprezentat ca un schelet liniar zahăr-fosfat cu baze azotate ca grupări laterale.

Structura macromoleculară a ARN. Diferența macrostructurală fundamentală dintre cele două tipuri de acizi nucleici este că ADN-ul este o singură spirală dublă, adică o macromoleculă din două catene polimerice legate complementare, răsucite elicoidal în jurul unei axe comune (vezi [ , ]), iar ARN-ul este un singur -polimer spiralat. În același timp, interacțiunile grupurilor laterale - baze azotate - între ele, precum și cu fosfații și hidroxilii din coloana vertebrală zahăr-fosfat, duc la faptul că un polimer ARN monocatenar se pliază pe sine și se răsucește într-un structură compactă, similară cu plierea unui lanț polipeptidic proteic într-un globul compact. În acest fel, secvențele unice de nucleotide ARN pot forma structuri spațiale unice.

Structura spațială specifică a ARN a fost demonstrată pentru prima dată la descifrarea structurii atomice a unuia dintre ARNt în 1974 [ , ] (Fig. 3). Plierea lanțului de polimer ARNt, care constă din 76 de monomeri nucleotidici, duce la formarea unui miez globular foarte compact, din care ies două proeminențe în unghi drept. Sunt helix duble scurte asemănătoare cu ADN-ul, dar organizate prin interacțiunea secțiunilor aceleiași catene de ARN. Una dintre proeminențe este un acceptor de aminoacizi și este implicată în sinteza lanțului polipeptidic proteic de pe ribozom, în timp ce cealaltă este destinată interacțiunii complementare cu tripletul de codificare (codonul) ARNm din același ribozom. Doar o astfel de structură este capabilă să interacționeze în mod specific cu proteina-enzimă care leagă aminoacidul de ARNt și cu ribozomul în timpul translației, adică să fie „recunoscută” în mod specific de către aceștia.

Studiul ARN-urilor ribozomale izolate a oferit următorul exemplu izbitor de formare a structurilor specifice compacte din polimeri liniari chiar mai lungi de acest tip. Ribozomul este format din două părți inegale - subparticule ribozomale mari și mici (subunități). Fiecare subunitate este construită dintr-un ARN polimer înalt și o varietate de proteine ribozomale. Lungimea lanțurilor de ARN ribozomal este foarte semnificativă: de exemplu, ARN-ul subunității mici a ribozomului bacterian conține mai mult de 1500 de nucleotide, iar ARN-ul subunității mari conține aproximativ 3000 de nucleotide. La mamifere, inclusiv la oameni, aceste ARN-uri sunt chiar mai mari - aproximativ 1900 de nucleotide și mai mult de 5000 de nucleotide în subunitățile mici și, respectiv, mari.

S-a demonstrat că ARN-urile ribozomale izolate, separate de partenerii lor proteici și obținute în formă pură, sunt ele însele capabile să se plieze spontan în structuri compacte similare ca mărime și formă cu subunitățile ribozomale]. Forma subparticulelor mari și mici este diferită și, în consecință, forma ARN-urilor ribozomale mari și mici diferă (Fig. 4). Astfel, lanțurile liniare de ARN ribozomal se auto-organizează în structuri spațiale specifice care determină dimensiunea, forma și, aparent, structura internă a subparticulelor ribozomiale și, în consecință, a întregului ribozom.

ARN minore. Pe măsură ce componentele unei celule vii și fracțiile individuale ale ARN celular total au fost studiate, a devenit clar că problema nu se limitează la cele trei tipuri principale de ARN. S-a dovedit că în natură există multe alte tipuri de ARN. Acestea sunt, în primul rând, așa-numitele „ARN-uri mici”, care conțin până la 300 de nucleotide, adesea cu funcții necunoscute. De regulă, ele sunt asociate cu una sau mai multe proteine și sunt prezente în celulă ca ribonucleoproteine - „RMN-uri mici”.

ARN-urile mici sunt prezente în toate părțile celulei, inclusiv în citoplasmă, nucleu, nucleol și mitocondrii. Majoritatea acelor RNP mici ale căror funcții sunt cunoscute sunt implicate în mecanismele de procesare posttranscripțională a principalelor tipuri de ARN (prelucrarea ARN) - transformarea precursorilor ARNm în ARNm maturi (splicing), editarea ARNm, biogeneza ARNt și maturarea ribozomalului. ARN-uri. Unul dintre cele mai abundente tipuri de RNP mici (SRP) în celule joacă un rol cheie în transportul proteinelor sintetizate prin membrana celulară. Tipuri cunoscute de ARN mici care funcționează funcții de reglementareîn difuzare. Un ARN mic special face parte din cea mai importantă enzimă responsabilă de menținerea replicării ADN-ului în generațiile de celule - telomeraza. Trebuie spus că dimensiunile lor moleculare sunt comparabile cu dimensiunile proteinelor globulare celulare. Astfel, treptat devine clar că funcționarea unei celule vii este determinată nu numai de varietatea proteinelor sintetizate în ea, ci și de prezența unui set bogat de ARN-uri variate, dintre care ARN-urile mici imită în mare măsură compactitatea și dimensiunea proteine.

Ribozime. Toată viața activă este construită pe metabolism - metabolism, iar toate reacțiile biochimice ale metabolismului au loc la ritmuri adecvate vieții numai datorită catalizatorilor specifici extrem de eficienți creați de evoluție. Timp de multe decenii, biochimiștii au fost convinși că cataliza biologică este întotdeauna și peste tot realizată de proteine numite enzime, sau enzime.Și așa în 1982-1983. s-a demonstrat că în natură există tipuri de ARN, care, ca și proteinele, au activitate catalitică foarte specifică [ , ]. Astfel de catalizatori ARN au fost numiți ribozime. Ideea exclusivității proteinelor în cataliza reacțiilor biochimice a luat sfârșit.

În prezent, ribozomul este, de asemenea, considerat a fi o ribozimă. Într-adevăr, toate datele experimentale disponibile indică faptul că sinteza lanțului polipeptidic proteic din ribozom este catalizată de ARN-ul ribozomal, și nu de proteinele ribozomale. A fost identificată o regiune catalitică de ARN ribozomal mare responsabilă de cataliza reacției de transpeptidare, prin care lanțul polipeptidic proteic este extins în timpul translației.

În ceea ce privește replicarea ADN-ului viral, mecanismul acestuia nu este cu mult diferit de reduplicarea materialului genetic - ADN - al celulei în sine. În cazul ARN-ului viral, se realizează procese care sunt suprimate sau complet absente în celulele normale, unde tot ARN-ul este sintetizat doar pe ADN ca matriță. Când sunt infectați cu viruși care conțin ARN, situația poate fi dublă. În unele cazuri, ADN-ul este sintetizat pe ARN viral ca șablon („transcripție inversă”) și numeroase copii ale ARN viral sunt transcrise pe acest ADN. În alte cazuri, cele mai interesante pentru noi, pe ARN viral este sintetizat un lanț de ARN complementar, care servește ca șablon pentru sinteza - replicarea - de noi copii de ARN viral. Astfel, în timpul infecției cu virusuri care conțin ARN, se realizează capacitatea fundamentală a ARN de a determina reproducerea propriei structuri, așa cum este cazul ADN-ului.

Multifuncționalitatea ARN-ului. Rezumând și revizuind cunoștințele despre funcțiile ARN-ului, putem vorbi despre extraordinara multifuncționalitate a acestui polimer în natură. Următoarea listă a principalelor funcții cunoscute ale ARN poate fi dată.

Funcția replicativă genetică: capacitatea structurală de a copia (replica) secvențe liniare de nucleotide prin secvențe complementare. Funcția se realizează în infecțiile virale și este similară cu funcția principală a ADN-ului în viața organismelor celulare - reduplicarea materialului genetic.

Funcția de codificare: programarea sintezei proteinelor prin secvențe liniare de nucleotide. Aceasta este aceeași funcție ca ADN-ul. Atât în ADN, cât și în ARN, aceleași tripleți de nucleotide codifică 20 de aminoacizi de proteine, iar secvența de tripleți dintr-un lanț de acid nucleic este un program pentru aranjarea secvențială a 20 de tipuri de aminoacizi într-un lanț polipeptidic proteic.

Funcția de formare a structurii: formarea de structuri tridimensionale unice. Moleculele mici de ARN pliate compact sunt fundamental similare cu structurile tridimensionale ale proteinelor globulare, în timp ce moleculele de ARN mai lungi pot forma și particule biologice mai mari sau nucleele lor.

Funcția de recunoaștere: interacțiuni spațiale foarte specifice cu alte macromolecule (inclusiv proteine și alți ARN) și cu liganzi mici. Această funcție este probabil cea principală în proteine. Se bazează pe capacitatea unui polimer de a se plia într-un mod unic și de a forma structuri tridimensionale specifice. Funcția de recunoaștere stă la baza catalizei specifice.

Funcția catalitică: cataliză specifică a reacțiilor chimice de către ribozime. Această funcție este similară cu funcția enzimatică a proteinelor enzimatice.

În general, ARN-ul ne apare ca un polimer atât de uimitor încât, s-ar părea, nici timpul evoluției Universului, nici intelectul Creatorului nu ar fi trebuit să fie de ajuns pentru invenția sa. După cum se poate observa, ARN-ul este capabil să îndeplinească funcțiile ambilor polimeri esențial pentru viață - ADN și proteine. Nu este de mirare că întrebarea a apărut înaintea științei: ar putea apariția și existența autosuficientă a lumii ARN să preceadă apariția vieții în forma sa modernă de ADN-proteină?

ORIGINEA VIEȚII

Teoria protein-coacervat a Oparinului. Poate că prima teorie științifică, bine gândită a originii vieții în mod abiogen a fost propusă de biochimistul A.I. Oparin încă din anii 20 ai secolului trecut [,]. Teoria s-a bazat pe ideea că totul a început cu proteine și pe posibilitatea, în anumite condiții, de sinteza chimică spontană a monomerilor proteici - aminoacizi - și a polimerilor asemănători proteinelor (polipeptide) în mod abiogen. Publicarea teoriei a stimulat numeroase experimente într-un număr de laboratoare din întreaga lume, care au arătat realitatea unei astfel de sinteze în condiții artificiale. Teoria a devenit rapid acceptată în general și extraordinar de populară.

Principalul său postulat a fost că compușii asemănători proteinelor care apar spontan în „bulionul” primar au fost combinați „în picături coacervate - sisteme coloidale separate (soluri) plutind într-o soluție apoasă mai diluată. Aceasta a oferit principala condiție prealabilă pentru apariția organismelor - izolarea unui anumit sistem biochimic de mediu, compartimentarea acestuia. Deoarece unii compuși asemănător proteinelor ai picăturilor de coacervat ar putea avea activitate catalitică, a devenit posibil să sufere reacții de sinteză biochimică în interiorul picăturilor - a existat o aparență de asimilare și, prin urmare, creșterea a coacervatului cu dezintegrarea sa ulterioară în părți – reproducere.coacervatul a fost considerat ca un prototip al unei celule vii (Fig. 5).

Totul a fost bine gândit și fundamentat științific în teorie, cu excepția unei singure probleme, care pentru o lungă perioadă de timp a închis ochii aproape tuturor experților în domeniul originii vieții. Dacă construcțiile unice de succes ale moleculelor de proteine (de exemplu, catalizatori eficienți care oferă un avantaj acestui coacervat în creștere și reproducere) au apărut spontan, prin intermediul unor sinteze aleatorii fără șablon într-un coacervat, cum ar putea fi copiate pentru distribuție în coacervat , și cu atât mai mult pentru transmiterea la coacervații descendenți? Teoria nu a fost în măsură să ofere o soluție la problema reproducerii exacte - în cadrul coacervatului și în generații - a structurilor proteice eficiente, care apar aleatoriu.

Lumea ARN-ului ca precursor al vieții moderne. Acumularea de cunoștințe despre codul genetic, acizii nucleici și biosinteza proteinelor a condus la aprobarea unei idei fundamental noi despre TOM, că totul a început nu cu proteine deloc, ci cu ARN [ - ]. Acizii nucleici sunt singurul tip de polimeri biologici a căror structură macromoleculară, datorită principiului complementarității în sinteza noilor lanțuri (pentru mai multe detalii, vezi), oferă capacitatea de a copia propria secvență liniară de unități monomerice, cu alte cuvinte, capacitatea de a reproduce (replica) polimerul, microstructura acestuia. Prin urmare, numai acizi nucleici, dar nu și proteinele, pot fi material genetic, adică molecule reproductibile care își repetă microstructura specifică în generații.

Din mai multe motive, ARN-ul, și nu ADN-ul, ar putea reprezenta materialul genetic primar.

In primul rand, atât în sinteza chimică, cât și în reacțiile biochimice, ribonucleotidele preced dezoxiribonucleotidele; dezoxiribonucleotidele sunt produse ale modificării ribonucleotidelor (vezi Fig. 2).

În al doilea rând,în cele mai vechi, universale procese ale metabolismului vital, ribonucleotidele, și nu deoxiribonucleotidele, sunt cele care sunt reprezentate pe scară largă, inclusiv principalii purtători de energie, cum ar fi polifosfații ribonucleozidici (ATP etc.).

În al treilea rând, Replicarea ARN poate avea loc fără nicio implicare a ADN-ului, iar mecanismul de replicare a ADN-ului, chiar și în lumea vie modernă, necesită participarea obligatorie a unui primer ARN la inițierea sintezei lanțului ADN.

Al patrulea, Deținând toate aceleași șablon și funcții genetice ca ADN-ul, ARN-ul este, de asemenea, capabil să îndeplinească o serie de funcții inerente proteinelor, inclusiv cataliza reacțiilor chimice. Astfel, există toate motivele pentru a considera ADN-ul ca o achiziție evolutivă ulterioară - ca o modificare a ARN-ului, specializată pentru a îndeplini funcția de reproducere și stocare a unor copii unice ale genelor în genomul celular fără participarea directă la biosinteza proteinelor.

După ce au fost descoperite ARN-uri active catalitic, ideea primatului ARN-ului în originea vieții a primit un impuls puternic pentru dezvoltare, iar conceptul a fost formulat. lume ARN autosuficientă, precedând viața modernă [ , ]. O posibilă schemă pentru apariția lumii ARN este prezentată în fig. 6.

Sinteza abiogenă a ribonucleotidelor și asocierea lor covalentă în oligomeri și polimeri de tip ARN ar putea avea loc în aproximativ aceleași condiții și în același cadru chimic care au fost postulate pentru formarea de aminoacizi și polipeptide. Recent A.B. Chetverin și colaboratorii (Institutul de Proteine, Academia Rusă de Științe) au arătat experimental că cel puțin unele poliribonucleotide (ARN) dintr-un mediu apos obișnuit sunt capabile de recombinare spontană, adică schimbul de segmente de lanț, prin transesterificare. Schimbul de segmente de lanț scurt cu cele lungi ar trebui să conducă la alungirea poliribonucleotidelor (ARN), iar o astfel de recombinare în sine ar trebui să contribuie la diversitatea structurală a acestor molecule. Printre ele ar putea apărea și molecule de ARN catalitic active.

Chiar și apariția extrem de rară a moleculelor unice de ARN care au fost capabile să catalizeze polimerizarea ribonucleotidelor sau splicing-ul oligonucleotidelor pe un lanț complementar ca pe un șablon [ , ] a însemnat formarea mecanismului de replicare a ARN. Replicarea catalizatorilor de ARN înșiși (ribozime) ar fi trebuit să ducă la apariția populațiilor de ARN auto-replicabile. Făcând copii ale lor, ARN-ul s-a înmulțit. Erorile inevitabile în copiere (mutație) și recombinare în populațiile de ARN auto-replicate au creat o diversitate din ce în ce mai mare a acestei lumi. Astfel, presupusa lume antică a ARN-ului este „o lume biologică autosuficientă în care moleculele de ARN au funcționat atât ca material genetic, cât și ca catalizatori asemănătoare enzimelor” .

Apariția biosintezei proteinelor. Mai departe, pe baza lumii ARN, formarea mecanismelor de biosinteză a proteinelor, apariția diferitelor proteine cu structură și proprietăți moștenite, compartimentarea sistemelor de biosinteză a proteinelor și a seturilor de proteine, eventual sub formă de coacervate, și evoluția din urmă în structuri celulare - celulele vii (vezi Fig. 6) ar fi trebuit să aibă loc. ).

Problema trecerii de la lumea antică a ARN-ului la lumea modernă de sinteză a proteinelor este cea mai dificilă chiar și pentru o soluție pur teoretică. Posibilitatea sintezei abiogene de polipeptide și substanțe asemănătoare proteinelor nu ajută la rezolvarea problemei, deoarece nu există o modalitate specifică prin care această sinteză ar putea fi cuplată cu ARN și să cadă sub control genetic. Sinteza controlată genetic a polipeptidelor și proteinelor a trebuit să se dezvolte independent de sinteza abiogenă primară, în felul său, pe baza lumii deja existente a ARN-ului. În literatura de specialitate au fost propuse mai multe ipoteze pentru originea mecanismului modern de biosinteză a proteinelor în lumea ARN, dar, poate, nici una dintre ele nu poate fi considerată ca temeinic gândită și fără cusur din punct de vedere al capacităților fizico-chimice. Voi prezenta versiunea mea a procesului de evoluție și specializare a ARN, care a condus la apariția aparatului de biosinteză a proteinelor (Fig. 7), dar nu se pretinde a fi complet.

Schema ipotetică propusă conține două puncte esențiale care par a fi fundamentale.

In primul rand, se postulează că oligoribonucleotidele sintetizate abiogen se recombină activ prin mecanismul transesterificării spontane neenzimatice, ducând la formarea de lanțuri alungite de ARN și dând naștere diversității acestora. În acest fel, în populația de oligonucleotide și polinucleotide ar putea apărea atât tipuri catalitic active de ARN (ribozime), cât și alte tipuri de ARN cu funcții specializate (vezi Fig. 7). Mai mult, recombinarea neenzimatică a oligonucleotidelor care leagă complementară la o matriță de polinucleotidă ar putea asigura reticulare (splicing) a fragmentelor complementare acestei matrițe într-un singur lanț. În acest fel, și nu prin polimerizarea catalizată a mononucleotidelor, ar putea fi realizată copiarea (propagarea) primară a ARN-ului. Desigur, dacă au apărut ribozime care posedau activitate de polimerază, atunci eficiența (acuratețea, viteza și productivitatea) copierii era pe o bază complementară. matricea ar fi trebuit să crească semnificativ.

Al doilea Punctul fundamental în versiunea mea este că aparatul primar pentru biosinteza proteinelor a apărut pe baza mai multor tipuri de ARN specializat înainte de apariția aparatului pentru replicarea enzimatică (polimeraza) a materialului genetic - ARN și ADN. Acest aparat primar a inclus ARN proribozomal activ catalitic cu activitate de peptidil transferază; un set de pro-ARNt care leagă în mod specific aminoacizii sau peptidele scurte; un alt ARN proribozomal capabil să interacționeze simultan cu ARN proribozomal catalitic, pro-ARNm și pro-ARNt (vezi Fig. 7). Un astfel de sistem ar putea deja sintetiza lanțuri polipeptidice datorită reacției de transpeptidare catalizată de acesta. Printre alte proteine active catalitic - enzime primare (enzime) - au apărut și proteine care catalizează polimerizarea nucleotidelor - replicaze, sau polimeraze NK.

Cu toate acestea, este posibil ca ipoteza lumii antice a ARN-ului ca predecesor al lumii vii moderne să nu poată obține niciodată o justificare suficientă pentru a depăși principala dificultate - o descriere științific plauzibilă a mecanismului de tranziție de la ARN și replicarea acestuia. la biosinteza proteinelor. Există o ipoteză alternativă atractivă și bine gândită a lui A.D. Altshtein (Institutul de Biologie Genetică, Academia Rusă de Științe), care postulează că replicarea materialului genetic și traducerea acestuia - sinteza proteinelor - au apărut și au evoluat simultan și s-au conjugat, începând cu interacțiunea dintre oligonucleotidele sintetizate abiogen și aminoacil-nucleotidilații - anhidride mixte de aminoacizi și nucleotide. Dar asta e următoarea poveste... „Șeherazada a prins dimineața și a oprit vorbirea permisă”.)

Literatură

. Watson J.D., Crick F.H.C. Structura moleculară a acizilor nucleici // Natura. 1953. V. 171. P. 738-740.

. Watson J.D., Crick F.H.C. Implicații genetice ale structurii acidului nucleic dezoxiriboză // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Spirin A.S. Biologie modernă și siguranță biologică // Buletinul Academiei Ruse de Științe. 1997. nr 7.

. Spirin A.S. Despre structura macromoleculară a acidului ribonucleic nativ cu polimer înalt în soluție // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. et al. Structura terțiară tridimensională a ARN-ului de transfer al fenilalaninei de drojdie // Știință. 1974. V. 185. P. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. et al. Structura ARNt-ului fenilalaninei de drojdie la rezoluție 3 A // Natura. 1974. V. 250. P. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Autoorganizarea ARN-ului ribozomal // Structura, Funcția și Genetica Ribozomilor / Eds. Hardesty B. şi Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986, p. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A. Lumea diversă a ribo-nucleoproteinelor mici // Lumea ARN / Eds. Gesteland R.F. și Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993, pp. 359-381.

. Kruger K., Grabowski PJ., Zaug AJ. et al. ARN auto-splicing: autoexcizia și autociclizarea secvenței de intervenție a ARN-ului ribozomal a Tetrahimena

. Bartel D.P., Szostak J.W. Izolarea noilor ribozime dintr-un grup mare de secvențe aleatorii // Știință. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. Polimerizarea ARN-ului catalizat de ARN folosind trifosfați nucleozidici // Nature. 1996 V. 382. P. 373-376.

. Orgel L.E. Originea vieții - o trecere în revistă a faptelor și speculațiilor //Trends in Biochemical Sciences. 1998. V. 23. str. 491-495.

. Altstein A.D. Originea sistemului genetic: ipoteza progenelor // Biologie moleculară. 1987. T. 21. S. 309-322.

Spirin Alexander Sergeevich - academician, director al Institutului de Cercetare a Proteinelor din cadrul Academiei Ruse de Științe, membru al Prezidiului Academiei Ruse de Științe.

Procesul de realizare a informațiilor ereditare în biosinteză se desfășoară cu participare trei tipuri acizi ribonucleici (ARN): informațional (matrice) - ARNm (ARNm), ribozomal - ARNr și ARNt de transport. Toți acizii ribonucleici sunt sintetizați în regiunile corespunzătoare ale moleculei de ADN. Sunt mult mai mici decât ADN-ul și sunt un singur lanț de nucleotide. Nucleotidele conțin un reziduu de acid fosforic (fosfat), un zahăr pentoză (riboză) și una dintre cele patru baze azotate - adenină, citozină, guanină, uracil. Baza azotată, uracilul, este complementară adeninei.

Procesul de biosinteză include o serie de etape - transcriere, splicing și traducere.

Primul pas se numește transcriere. Transcripția are loc în nucleul celulei: ARNm este sintetizat la locul unei anumite gene a moleculei de ADN. În sinteza este implicat un complex de enzime, principala dintre acestea fiind ARN polimeraza.

Sinteza ARNm începe cu detectarea de către ARN polimerază a unui situs special din molecula de ADN, care indică locul de începere a transcripției - promotorul. După atașarea la promotor, ARN polimeraza desfășoară tura adiacentă a helixului ADN. Două catene de ADN diverg în acest moment, iar sinteza ARNm are loc pe una dintre ele. Asamblarea ribonucleotidelor într-un lanț are loc în conformitate cu complementaritatea lor cu nucleotidele ADN și, de asemenea, antiparalel cu lanțul ADN șablon. Datorită faptului că ARN polimeraza este capabilă să asambleze o polinucleotidă doar de la capătul 5’ până la capătul 3’, doar una dintre cele două catene de ADN poate servi ca șablon pentru transcripție, și anume cea care se confruntă cu enzima cu 3 ei. ' Sfârşit. Un astfel de lanț se numește codogenic.

Antiparalelismul conexiunii a două lanțuri de polinucleotide într-o moleculă de ADN permite ARN polimerazei să selecteze corect un șablon pentru sinteza ARNm.

Deplasându-se de-a lungul lanțului de ADN codogen, ARN polimeraza efectuează o rescriere treptată precisă a informațiilor până când întâlnește o secvență specifică de nucleotide - un terminator de transcripție. În această regiune, ARN polimeraza este separată atât de matrița ADN, cât și de ARNm nou sintetizat. Un fragment al unei molecule de ADN, incluzând un promotor, o secvență transcrisă și un terminator, formează o unitate de transcripție, un transcripton.

Studii ulterioare au arătat că așa-numitul pro-ARNm este sintetizat în timpul transcripției, un precursor al ARNm matur implicat în traducere. Pro-ARNm este mult mai mare și conține fragmente care nu codifică pentru sinteza lanțului polipeptidic corespunzător. În ADN, împreună cu regiunile care codifică ARNr, ARNt și polipeptide, există fragmente care nu conțin informații genetice. Se numesc introni, spre deosebire de fragmentele codificatoare, care se numesc exoni. Intronii se găsesc în multe regiuni ale moleculelor de ADN. De exemplu, o genă, o regiune ADN care codifică ovalbumina de pui, conține 7 introni, în timp ce gena albuminei serice de șobolan conține 13 introni. Lungimea intronului este diferită - de la 200 la 1000 de perechi de nucleotide ADN. Intronii sunt citiți (transcriși) în același timp cu exonii, astfel încât ARNm-ul porilor este mult mai lung decât ARNm matur. Maturarea, sau procesarea, ARNm implică modificarea transcriptului primar și îndepărtarea regiunilor de intron necodificatoare din acesta, urmată de conectarea secvențelor codificatoare - exoni. În cursul procesării, intronii sunt „decupați” din pro-ARNm de către enzime speciale, iar fragmentele de exon sunt „splicate” împreună într-o ordine strictă. În procesul de splicing, se formează un ARNm matur, care conține informațiile necesare pentru sinteza polipeptidei corespunzătoare, adică partea informativă a genei structurale.

Semnificația și funcțiile intronilor nu au fost încă pe deplin elucidate, dar s-a stabilit că dacă numai porțiuni de exoni sunt citite în ADN, ARNm matur nu se formează. Procesul de îmbinare a fost studiat folosind ovalbumina ca exemplu. Conține un exon și 7 introni. În primul rând, pro-ARNm care conține 7700 de nucleotide este sintetizat pe ADN. Apoi numărul de nucleotide pro-ARNm scade la 6800, apoi la 5600, 4850, 3800, 3400 etc. până la 1372 nucleotide corespunzătoare exonului. ARNm care conține 1372 de nucleotide părăsește nucleul în citoplasmă, intră în ribozom și sintetizează polipeptida corespunzătoare.

Următoarea etapă a biosintezei - traducerea - are loc în citoplasma pe ribozomi cu participarea ARNt.

ARN-urile de transfer sunt sintetizate în nucleu, dar funcționează în stare liberă în citoplasma celulei. O moleculă de ARNt conține 75-95 de nucleotide și are o structură destul de complexă, asemănătoare unei frunze de trifoi. Are patru părți care sunt de o importanță deosebită. „Tulpina” acceptor este formată prin conexiunea complementară a celor două părți terminale ale ARNt. Are 7 perechi de baze. Capătul 3’ al acestei tulpini este oarecum mai lung și formează o regiune monocatenară, care se termină cu o secvență CCA cu o grupare OH liberă - capătul acceptor. În acest scop este atașat un aminoacid transportabil. Celelalte trei ramuri sunt secvențe de nucleotide pereche complementare care se termină în secțiuni nepereche care formează bucle. Mijlocul acestor ramuri - anticodon - este format din 5 perechi și conține un anticodon în centrul buclei sale. Antidonul este 3 nucleotide complementare codonului ARNm, care codifică aminoacidul transportat de acest ARNt la locul sintezei peptidei.

Între ramurile acceptor și anticodon sunt două ramuri laterale. În buclele lor, ele conțin baze modificate - dihidrouridină (bucla D) și un triplet T ᴪC, unde ᴪ este pseudouridină (bucla T ᴪC). Între ramurile anticodon și T ᴪC există o buclă suplimentară, care include de la 3-5 la 13-21 de nucleotide.

Adăugarea unui aminoacid la ARNt este precedată de activarea acestuia de către enzima aminoacil-ARNt sintetaza. Această enzimă este specifică fiecărui aminoacid. Aminoacidul activat se atașează de ARNt-ul corespunzător și este livrat de acesta la ribozom.

Locul central în translație aparține ribozomilor - organele ribonucleoproteice ale citoplasmei, care sunt prezente în multe din ele. Dimensiunea ribozomilor la procariote este în medie de 30 * 30 * 20 nm, la eucariote - 40 * 40 * 20 nm. De obicei, mărimile lor sunt determinate în unități de sedimentare (S) - viteza de sedimentare în timpul centrifugării în mediul adecvat. La bacteriile E. coli, ribozomul are o dimensiune de 70S și este format din 2 subparticule, dintre care una are o constantă de 30S, a doua 50S și conține 64% ARN ribozomal și 36% proteine.

Molecula de ARNm iese din nucleu în citoplasmă și se atașează la o subunitate mică a ribozomului. Traducerea începe cu așa-numitul codon de început (inițiator de sinteză) - AUG -. Când ARNt furnizează un aminoacid activat la ribozom, anticodonul său este legat de hidrogen de nucleotidele codonului ARNm complementar. Capătul acceptor al ARNt cu aminoacidul corespunzător este atașat de suprafața subunității mari a ribozomului. După primul aminoacid, un alt ARNt furnizează următorul aminoacid și, astfel, un lanț polipeptidic este sintetizat pe ribozom. O moleculă de ARNm funcționează de obicei pe mai mulți (5-20) ribozomi simultan, conectați în polizomi. Începutul sintezei unui lanț polipeptidic se numește inițiere, creșterea sa se numește elogare. Secvența de aminoacizi dintr-un lanț polipeptidic este determinată de secvența codonilor din ARNm. Sinteza lanțului polipeptidic se oprește atunci când unul dintre codoni - terminatori - UAA -, - UAG - sau - UGA - apare pe ARNm. Sfârșitul sintezei unui lanț polipeptidic dat se numește terminare.

S-a stabilit că în celulele animale lanțul polipeptidic se prelungește cu 7 aminoacizi într-o secundă, iar ARNm avansează pe ribozom cu 21 de nucleotide. La bacterii, acest proces se desfășoară de 2-3 ori mai repede.

În consecință, sinteza structurii primare a moleculei proteice - lanțul polipeptidic - are loc pe ribozom în conformitate cu ordinea alternanței nucleotidelor din matricea acidului ribonucleic - ARNm.

Biosinteza (traducerea) proteinelor este cea mai importantă etapă în implementarea programului genetic al celulelor, în timpul căreia informația codificată în structura primară a acizilor nucleici este tradusă în secvența de aminoacizi a proteinelor sintetizate. Cu alte cuvinte, traducerea este traducerea a „limbajului” de acizi nucleici cu patru litere (în funcție de numărul de nucleotide) într-un „limbaj” de proteine de douăzeci de litere (în funcție de numărul de aminoacizi proteinogenici). Traducerea se realizează în conformitate cu regulile codului genetic.

Importanţă M. Nirenberg și J. Mattei, apoi S. Ochoa și G. Korans, pe care au început-o în 1961, au trebuit să descopere codul genetic. în S.U.A. Ei au dezvoltat o metodă și au stabilit experimental secvența nucleotidelor din codonii ARNm care controlează localizarea unui anumit aminoacid în lanțul polipeptidic. Într-un mediu fără celule care conține toți aminoacizii, ribozomii, ARNt, ATP și enzimele, M. Nirenberg și J. Mattei au introdus un biopolimer de tip ARNm sintetizat artificial, care este un lanț de nucleotide identice - UUU - UUU - UUU - UUU - etc. biopolimerul a codificat sinteza unui lanț polipeptidic care conține doar un aminoacid, fenilalanina; un astfel de lanț se numește polifenilalanină. Dacă ARNm a constat din codoni care conţin nucleotide cu o bază azotată citozină - CCC - CCC - CCC - CCC -, atunci a fost sintetizat un lanţ polipeptidic care conţine aminoacidul prolină - poliprolină. Biopolimeri artificiali de ARNm care conțin codoni - AGU - AGU - AGU - AGU - au sintetizat un lanț polipeptidic din aminoacid serină - poliserină etc.

Transcriere inversă.

Transcripția inversă este procesul de formare a ADN-ului dublu catenar pe un șablon de ARN monocatenar. Acest proces se numește transcripție inversă, deoarece transferul de informații genetice are loc în direcția „inversă” față de transcripție.

Transcriptaza inversă (revertază sau ADN polimerază dependentă de ARN) este o enzimă care catalizează sinteza ADN-ului pe o matriță de ARN într-un proces numit transcripție inversă.Transcripția inversă este necesară, în special, pentru a realiza ciclul de viață al retrovirusurilor, de exemplu. , virusurile imunodeficienței umane și limfomul uman cu celule T tipurile 1 și 2. După ce ARN-ul viral intră în celulă, transcriptaza inversă conținută în particulele virale sintetizează ADN-ul complementar acestuia, iar apoi completează al doilea lanț de pe acest lanț de ADN, ca pe o matrice.Retrovirusurile sunt virusuri care contin ARN, in al caror ciclu de viata include stadiul formarii ADN-ului prin revers transcriptaza si introducerea acestuia in genomul celulei gazda sub forma unui provirus.

Nu există un loc preferat pentru introducerea provirusului în genom. Acest lucru face posibilă clasificarea acestuia ca element genetic mobil.Retrovirusul conține două molecule identice de ARN. Există un capac la capătul de 5" și o coadă poli A la capătul de 3". Enzima transcriptază inversă poartă virusul cu ea.

Genomul retrovirusului contine 4 gene: proteina nucleoid gag, pol revers transcriptaza, proteina capside (shell) env, oncogene.str5 = str3-repetare terminala scurta;U5, U3-secvente unice, PB (primer binding site) - amorsarea site-ului de legare. ARNt se află pe VD (datorită complementarității) și servește ca sămânță pentru sinteza ADN-ului.Se sintetizează o mică bucată de ADN.

Transcriptaza inversă, care deține și activitatea RNazei H, elimină ARN-ul din hibridul cu ADN și, datorită identității str3 și str5, această regiune ADN monocatenar interacționează cu capătul 3’ al celei de-a doua molecule de ARN, care servește ca șablon pentru continuarea sintezei lanțului de ADN.

Apoi șablonul de ARN este distrus și un lanț ADN complementar este construit de-a lungul lanțului ADN rezultat.

Molecula de ADN rezultată este mai lungă decât ARN. Conține LTR (U3 str 3(5) U5). Sub formă de provirus, este localizat în genomul celulei gazdă. În timpul mitozei și meiozei, se transmite celulelor fiice și descendenților.

Unii virusuri (cum ar fi HIV, care cauzează SIDA) au capacitatea de a transcrie ARN-ul în ADN. HIV are un genom ARN care se integrează în ADN. Ca rezultat, ADN-ul virusului poate fi combinat cu genomul celulei gazdă. Principala enzimă responsabilă de sinteza ADN-ului din ARN se numește revertase. Una dintre funcțiile revertasezei este de a crea ADN complementar (ADNc) din genomul viral. Enzima asociată ribonucleaza H scindează ARN-ul, iar revertasea sintetizează ADNc din dubla helix ADN. cADN-ul este integrat în genomul celulei gazdă prin integrază. Rezultatul este sinteza proteinelor virale de către celula gazdă, care formează noi viruși.

Dogma centrală a biologiei moleculare - este fluxul de informații de la ADN prin ARN pe proteină : informația este transferată de la acizi nucleici la proteine, dar nu invers. Regula a fost formulată de Francis Crick în 1958. Transferul de informații genetice de la ADN la ARN și de la ARN la proteină este universal pentru toate organismele celulare fără excepție și stă la baza biosintezei macromoleculelor. Replicarea genomului corespunde tranziției informaționale ADN → ADN. În natură, există și tranziții ARN → ARN și ARN → ADN (de exemplu, în unele viruși).

ADN-ul, ARN-ul și proteinele sunt polimeri liniari, adică fiecare monomer pe care îl conțin se combină cu maximum doi alți monomeri. Secvența de monomeri codifică informații, ale căror reguli de transmitere sunt descrise de dogma centrală.

General - întâlnit în majoritatea organismelor vii; Special - care apare ca excepție, în viruși și în elemente mobile ale genomului sau în condițiile unui experiment biologic; Necunoscut - nu a fost găsit.

Replicarea ADN (ADN → ADN)Transcriere (ADN → ARN)Traducere (ARN → proteină) ARNm matur este citit de ribozomi în timpul translației Complexele de factori de inițiere și alungire furnizează ARN-uri de transfer aminoacilați la complexul ARNm-ribozom.

Transcriere inversă (ARN → ADN) transferul de informații de la ARN la ADN, un proces care este inversul transcripției normale, realizat de enzima transcriptază inversă. Apare în retrovirusuri precum HIV. Replicarea ARN (ARN → ARN) copierea unui lanț de ARN în lanțul său complementar de ARN folosind enzima ARN polimeraza dependentă de ARN. Virușii care conțin ARN monocatenar (de exemplu, virusul febrei aftoase) sau ARN dublu catenar se reproduc într-un mod similar. Traducerea directă a unei proteine pe un șablon ADN (ADN → proteină) Translația în direct a fost demonstrată în extractele de celule de E. coli care conțineau ribozomi, dar nu ARNm. Astfel de extracte sintetizează proteine din ADN introdus în sistem, iar antibioticul neomicină a sporit acest efect.

11. Tipuri de sinteza matriceală ca proces central în transmiterea, stocarea și implementarea materialului ereditar.

matrice natura sintezei acizilor nucleici şi proteinelor asigură acuratețe ridicată a reproducerii informațiilor .

genetic informație genotip defineste fenotipic semne ale unei celule genotipul se transformă în fenotip .

Această direcție a fluxului de informații include trei tipurimatrice sinteze:

1. sinteza ADN - replicare

2. sinteza ARN - transcriere

3. sinteza proteinei - difuzat

1) Replicarea ADN (ADN → ADN) duplicarea (replicarea) exactă a ADN-ului. Replicarea este realizată de un complex de proteine care desfășoară cromatina, apoi dublu helix. După aceea, ADN polimeraza și proteinele sale asociate construiesc o copie identică pe fiecare dintre cele două catene. Redaresursă de material genetic în generații.2) Transcriere (ADN → ARN) procesul biologic prin care informația conținută într-o bucată de ADN este copiată pe molecula de ARNm sintetizată. Transcripția este realizată de factori de transcripție și ARN polimerază. 3) Traducere (ARN → proteină) Informația genetică este tradusă în lanțuri polipeptidice. Complexele de factori de inițiere și factori de alungire furnizează ARN-uri de transfer aminoacilate la complexul ARNm-ribozom. 4) În cazuri speciale, ARN-ul poate fi rescris sub formă de ADN (transcripție inversă) și, de asemenea, copiat sub formă de ARN (replicare), dar o proteină nu poate fi niciodată un șablon pentru acizi nucleici.

Reparație- aceasta este matrice sinteza care corecteaza erorile din structura ADN-ului , opțiune replicare limitată. Restaurează iniţială structura ADN-ului. Matricea este un complot intact catene de ADN.

Structura nucleotidelor. Izomeri spațiali (2’-endo-, 3’-endo- etc., anti, syn)

NUCLEOTIDE- un grup chimic complex aflat în stare naturală. Nucleotidele sunt blocurile de construcție pentru acizii NUCLEIC (ADN și ARN). Nucleotidele sunt construite din trei componente: o bază pirimidină sau purinică, pentoză și acid fosforic. Nucleotidele sunt legate între ele într-un lanț printr-o legătură fosfodiesterică. Se formează datorită esterificării grupei OH C-3` a pentozei unei nucleotide și grupării OH a restului fosfat al altei nucleotide. Ca rezultat, unul dintre capetele lanțului de polinucleotide se termină cu un fosfat liber (terminal P sau terminal 5’). La celălalt capăt, există o grupare OH neesterificată la C-3'pentoză (capătul 3'). În celulele vii se găsesc și nucleotide libere, prezentate sub formă de diferite coenzime, care includ ATP.

Toate cele 5 baze heterociclice incluse în acizii nucleici constituenți au o conformație plată, dar aceasta este nefavorabilă din punct de vedere energetic. Prin urmare, 2 conformații sunt realizate în polinucleotide C3`-endo și C2`-endo. C1, 0 și C4 sunt situate în același plan, C2 și C3 sunt în conformații endo atunci când sunt scoase în evidență deasupra acestui plan, adică. în direcția de comunicare С4-С5.

Cea mai importantă caracteristică în determinarea conformației unei unități de nucleotide este aranjarea reciprocă a părților carbohidrate și heterociclice, care este determinată de unghiul de rotație în jurul legăturii N-glicozidice. Există 2 regiuni de conformații permise, sin-și anti-.

Toate ființele vii depind de trei molecule de bază pentru esențial toate funcțiile lor biologice. Aceste molecule sunt ADN, ARN și proteine. Două fire de ADN se rotesc în direcții opuse și sunt situate una lângă cealaltă (anti-paralel). Aceasta este o secvență de patru baze azotate direcționate de-a lungul coloanei vertebrale care codifică informațiile biologice. Conform codului genetic, catenele de ARN sunt convertite pentru a determina secvența de aminoacizi din proteine. Aceste catene de ARN sunt realizate inițial folosind catenele de ADN ca șablon, proces numit transcripție.

Fără ADN, ARN și proteine, nu ar exista viață biologică pe Pământ. ADN-ul este o moleculă inteligentă care codifică setul complet de instrucțiuni genetice (genomul) necesare pentru a asambla, menține și reproduce fiecare creatură. ARN-ul joacă mai multe roluri vitale în codificarea, decodificarea, reglarea și exprimarea geneticii. Principala sarcină a ARN-ului este de a produce proteine în conformitate cu seturile de instrucțiuni codificate în ADN-ul celulei.

ADN-ul este format dintr-un zahăr, o bază azotată și o grupare fosfat. ARN-ul este același.

În ADN, baza azotată este formată din acizi nucleici: citozină (C), guanină (G), adenină (A) și timină (T). Metafizic, fiecare dintre acești acizi nucleici este asociat cu substanțele elementare ale planetei: Aer, Apa, Foc și Pământ. Când poluăm aceste patru elemente de pe Pământ, poluăm acidul nucleic corespunzător din ADN-ul nostru.

Cu toate acestea, în ARN, baza azotată este formată din acizi nucleici: citozină (C), guanină (G), adenină (A) și uracil (U). În plus, fiecare dintre acizii nucleici ARN este asociat cu substanțele elementare ale planetei: aer, apă, foc și pământ. Atât în ADN, cât și în ARN, ADN-ul mitocondrial corespunde celui de-al cincilea element de bază Eterul Cosmic, care iese t numai de la mama. Acesta este un exemplu de alotropie, care este o caracteristică a unei cantități mici elemente chimice să fie în două sau mai multe forme distincte, cunoscute sub numele de alotropi ai acelor elemente. Alotropii sunt diverse modificări structurale ale unui element. ADN-ul nostru este un alotrop al celor patru elemente planetare de bază.

Funcția biologică principală a bazelor azotate din ADN este de a lega acizii nucleici. Adenina se combină întotdeauna cu timina, iar guanina se combină întotdeauna cu citozina. Sunt cunoscute ca baze pereche. Uracilul este prezent doar în ARN, înlocuind timina și combinându-se cu adenina.

Atât ARN-ul, cât și ADN-ul folosesc perechea de baze (mascul + femeie) ca un limbaj suplimentar care poate fi convertit în orice direcție între ADN și ARN prin acțiunea enzimelor corespunzătoare. Această structură de limbă masculin-femeie sau de împerechere de bază oferă o copie de rezervă a tuturor informațiilor genetice codificate în ADN-ul dublu catenar.

Baza dublă inversată

Tot ADN-ul și ARN-ul funcționează pe principiul de gen al împerecherii bazelor, creând o legătură de hidrogen. Bazele pereche trebuie să se alăture în secvență, permițând ADN-ului și ARN-ului să interacționeze (conform planului original pentru cele 12 spire ale noastre de ADN, Corpul Soarelui de Diamant) și, de asemenea, permițând ARN-ului să producă proteine funcționale care construiesc legăturile care sintetizează și repară dublul ADN. helix. ADN-ul uman a fost deteriorat de mutația perechilor de baze și modificarea perechilor de editare a secvenței sau a inserțiilor de către organisme modificate, cum ar fi un virus. Intervenția în bazele pereche se referă la tehnologia divizării de gen a rețelei inverse a Nephilim (NRG), influențând toate limbajul masculin și feminin și relațiile lor. Copiile de ADN sunt create prin unirea subunităților de acid nucleic cu o pereche de baze bărbat-feminină pe fiecare catenă a moleculei de ADN originală. O astfel de conexiune apare întotdeauna în anumite combinații. Alterarea compusului ADN de bază, precum și multe niveluri de modificare genetică și control genetic, contribuie la suprimarea sintezei ADN. Aceasta este o suprimare deliberată a activării celor 12 catene de ADN ale modelului original, Matricea de Siliciu, asamblate și construite de proteine. Această suprimare genetică a fost efectuată în mod agresiv de la cataclismul Atlantidei. Este direct legată de suprimarea uniunii hierogamiei, care se realizează prin conectarea corectă a bazelor ADN, cu care este posibilă crearea și asamblarea proteinelor pentru a restabili literele de foc ale ADN-ului.

Editarea ARN cu aspartam

Un exemplu de modificare genetică și experimentare cu populația este utilizarea aspartamului*. Aspartamul este sintetizat chimic din aspartat, ceea ce afectează funcția legăturii uracil-timină din ADN și, de asemenea, reduce funcțiile de sinteză a proteinei ARN și de comunicare între ARN și ADN. Editarea ARN prin adăugarea sau îndepărtarea uracilului și a timinei a recodat mitocondriile celulei, în care deteriorarea mitocondrială a contribuit la boala neurologică. Timina este un protector puternic al integrității ADN-ului. În plus, scăderea uracilului produce substrat aspartat, dioxid de carbon și amoniac.

Interferență cu ciclul azotului

Ca urmare a Revoluției Industriale, a desfășurării complexului militar prin contactele NEA, ciclul general al azotului a fost modificat semnificativ în ultimul secol. În timp ce azotul este esențial pentru întreaga viață cunoscută de pe Pământ, au existat războaie de combustibili fosili forțate în mod deliberat de NAA, poluând Pământul și dăunând ADN-ului. Azotul este o componentă a tuturor aminoacizilor care alcătuiesc proteinele și este prezent în bazele care alcătuiesc acizii nucleici din ARN și ADN. Cu toate acestea, ducând războaie pentru combustibilii fosili, forțând utilizarea motoarelor combustie interna, creează îngrășăminte chimice și poluează mediu inconjurator vehiculeși industrii, oamenii au contribuit la toxicitatea gravă a azotului în formele biologice. Oxid nitric, dioxid de carbon, metan, amoniac - toate acestea creează un gaz cu efect de seră care otrăvește Pământul, bând apăși oceane. Această contaminare provoacă leziuni și mutații ADN-ului.

Schimbarea elementară a corpului durerii

Astfel, mulți dintre noi au experimentat modificări elementare în sângele nostru, părți ale corpului (în special pe suprafața pielii care răspunde la modificările din sânge) și schimbări profunde în celulele și țesuturile noastre. Revitalizarea materiei ca urmare a modificărilor magnetice pătrunde și în nivelurile corpului nostru emoțional-elemental, afectând semnificativ reacțiile celulare și memoria stocată în Corpul Instinctiv (Corpul Durerii).

Acest nou ciclu ne obligă pe fiecare dintre noi să acorde atenție corpului nostru instinctiv, corpului nostru emoțional-elemental de durere și a ceea ce i se întâmplă. Relația dintre forțele solare și lunare și efectul lor combinat asupra polarităților forțelor corpului planetar sunt ajustate la acest efect asupra câmpului magnetic.

Din păcate, neînțelegerea principiilor superioare ale Legii Naturale are ca rezultat un mare haos și suferință pentru cei care persistă să se complacă în distrugere, diviziune și violență, indiferent de metodele folosite.

Cu toate acestea, exodul în masă al forțelor lunare, al ființelor în lanț lunar, al îngerilor căzuți de pe planeta noastră și sistem solarîn curs de desfășurare. Pe măsură ce sistemul solar este pus în carantină, cei care sunt Înălțați (sau puri de inimă) vor experimenta o realiniere profundă a centrelor lor sacre de energie de la influențele lunare la cele solare. Această bifurcare a forțelor solare și lunare continuă să se schimbe nu numai în corpul emoțional-elemental, ci și în centrul sacral și în toate organele de reproducere. Aduce ajustări sau perspective la multe dintre problemele legate de suferința sexuală care au fost programate pe baza istoriilor ascunse asociate cu entitățile lanțului lunar. Seturile de comenzi magnetice ale mamei și mitocondriile restaurează feminitatea solară și pentru copiii lor pământești.

sinteza ADN-ului

Înțelegând că corpul nostru emoțional-elemental se mută de la atomi pe bază de carbon la elemente cu bază superioară prin activarea de înaltă frecvență și schimbări magnetice planetare, putem conecta punctele în dezvoltarea spirituală a propriilor corpuri asociate cu procesele alchimice personale. În restaurarea corpului sofianic, transformarea alchimică a evoluției noastre a conștiinței se îmbină cu înțelegerea științifică a sintezei ADN-ului. Sinteza ADN-ului este la fel de importantă ca și activarea ADN-ului, care joacă un rol important și direct în ascensiunea spirituală. Mama aduce înapoi înregistrarea ADN-ului mitocondrial prin inversarea curenților magnetici, restabilind planul sângelui, creierului și sistemului nervos la o funcționare mai bună cu adevăratul nostru ADN original.

*DAR spartam este un produs chimic modificat genetic distribuit și comercializat ca supliment alimentar

Traducere: Oreanda Web