คำอธิบายสั้น ๆ ของการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีน: กระชับและเข้าใจได้

บทบาทของโปรตีนในเซลล์และร่างกาย

บทบาทของโปรตีนในชีวิตเซลล์และขั้นตอนหลักของการสังเคราะห์ โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซม บทบาทของไรโบโซมในการสังเคราะห์โปรตีน

โปรตีนมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการชีวิตของเซลล์และร่างกาย โดยมีหน้าที่ดังต่อไปนี้

โครงสร้างเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างภายในเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะต่างๆ ตัวอย่างเช่น คอลลาเจนและอิลาสตินทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน: กระดูก เส้นเอ็น กระดูกอ่อน; ไฟโบรอินเป็นส่วนหนึ่งของใยแมงมุมไหม เคราตินเป็นส่วนหนึ่งของหนังกำพร้าและอนุพันธ์ของมัน (ผม เขา ขน) พวกมันก่อตัวเป็นเปลือก (แคปซิด) ของไวรัส

เอนไซม์ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดในเซลล์เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ - เอนไซม์ (ออกซิโดเรสดักเทส, ไฮโดรเลส, ลิเกส, ทรานสเฟอร์เรส, ไอโซเมอเรสและไลเอส)

กฎข้อบังคับตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนอินซูลินและกลูคากอนควบคุมการเผาผลาญกลูโคส โปรตีนฮิสโตนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโครมาติน และส่งผลต่อการแสดงออกของยีน

ขนส่ง.เฮโมโกลบินนำออกซิเจนในเลือดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ฮีโมไซยานินในน้ำเหลืองของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด ไมโอโกลบินในกล้ามเนื้อ เซรั่มอัลบูมินทำหน้าที่ขนส่งกรดไขมัน ไขมัน ฯลฯ โปรตีนขนส่งเมมเบรนให้การขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (Na +, K + -ATPase) ไซโตโครมทำหน้าที่ถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปตามสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนของไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ป้องกันตัวอย่างเช่น แอนติบอดี (อิมมูโนโกลบูลิน) สร้างคอมเพล็กซ์กับแอนติเจนของแบคทีเรียและโปรตีนแปลกปลอม Interferons ขัดขวางการสังเคราะห์โปรตีนของไวรัสในเซลล์ที่ติดเชื้อ ไฟบริโนเจนและทรอมบินเกี่ยวข้องกับกระบวนการแข็งตัวของเลือด

คอนแทรกไทล์ (มอเตอร์).โปรตีนแอกตินและไมโอซินทำให้กระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อและการหดตัวขององค์ประกอบไซโตสเกเลทัล

สัญญาณ (ตัวรับ)โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของตัวรับและแอนติเจนที่พื้นผิว

โปรตีนที่เก็บ เคซีนนม, อัลบูมินไข่, เฟอร์ริติน (เก็บเหล็กไว้ในม้าม)

สารพิษจากโปรตีน พิษคอตีบ

ฟังก์ชั่นพลังงานด้วยการสลายโปรตีน 1 กรัมไปยังผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมขั้นสุดท้าย (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) จะปล่อยพลังงาน 17.6 กิโลจูลหรือ 4.2 กิโลแคลอรี

การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีชีวิตทุกเซลล์ มีบทบาทมากที่สุดในเซลล์ที่กำลังเติบโตซึ่งมีการสังเคราะห์โปรตีนสำหรับการสร้างออร์แกเนลล์ เช่นเดียวกับในเซลล์คัดหลั่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีนของเอนไซม์และโปรตีนของฮอร์โมน

บทบาทหลักในการกำหนดโครงสร้างของโปรตีนเป็นของ DNA ชิ้นส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนเดี่ยวเรียกว่ายีน โมเลกุล DNA ประกอบด้วยยีนหลายร้อยตัว โมเลกุล DNA มีรหัสสำหรับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนในรูปของนิวคลีโอไทด์ที่รวมกันอย่างแน่นอน

การสังเคราะห์โปรตีน -กระบวนการหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนซึ่งเป็นตัวแทนของปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่ดำเนินไปตามหลักการของการสังเคราะห์เมทริกซ์

ในการสังเคราะห์โปรตีน มีการกำหนดขั้นตอนต่อไปนี้ซึ่งเกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของเซลล์:

ขั้นตอนแรก -การสังเคราะห์ i-RNA เกิดขึ้นในนิวเคลียส ซึ่งในระหว่างนั้น ข้อมูลที่อยู่ในยีน DNA จะถูกเขียนใหม่เป็น i-RNA กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ (จากภาษาละติน "transcript" - การเขียนใหม่)

ในขั้นตอนที่สองมีการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนกับโมเลกุล t-RNA ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวตามลำดับ - แอนติโคดอนด้วยความช่วยเหลือซึ่งกำหนดโคดอนสามตัวของมัน

ขั้นตอนที่สาม -นี่คือกระบวนการสังเคราะห์โดยตรงของพันธะโพลีเปปไทด์ที่เรียกว่าการแปล เกิดขึ้นในไรโบโซม

ในขั้นตอนที่สี่การก่อตัวของโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิของโปรตีน นั่นคือ การก่อตัวของโครงสร้างสุดท้ายของโปรตีน

ดังนั้น ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลโปรตีนใหม่จึงถูกสร้างขึ้นตามข้อมูลที่แน่นอนที่ฝังอยู่ใน DNA กระบวนการนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการต่ออายุของโปรตีน กระบวนการเมตาบอลิซึม การเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ ซึ่งก็คือกระบวนการทั้งหมดของกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์

เพื่อศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกาย คุณจำเป็นต้องรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับเซลล์ โดยที่โปรตีนมีบทบาทสำคัญ จำเป็นต้องศึกษาไม่เพียง แต่หน้าที่ของพวกเขา แต่ยังรวมถึงกระบวนการสร้างด้วย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องอธิบายให้สั้นและชัดเจน เกรด 9 เหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งนี้ ในขั้นตอนนี้นักเรียนมีความรู้เพียงพอที่จะเข้าใจหัวข้อนี้

โปรตีน - มันคืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร

สารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้มีบทบาทอย่างมากในชีวิตของสิ่งมีชีวิตใดๆ โปรตีนเป็นโพลิเมอร์ กล่าวคือ ประกอบด้วย "ชิ้นส่วน" ที่คล้ายกันจำนวนมาก จำนวนของพวกเขาอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่ไม่กี่ร้อยถึงพัน

โปรตีนทำหน้าที่หลายอย่างในเซลล์ บทบาทของพวกเขายังดีในระดับที่สูงขึ้นขององค์กร: เนื้อเยื่อและอวัยวะส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการทำงานที่ถูกต้องของโปรตีนต่างๆ

ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนทั้งหมดมีต้นกำเนิดจากโปรตีน แต่เป็นสารเหล่านี้ที่ควบคุมกระบวนการทั้งหมดในร่างกาย

เฮโมโกลบินยังเป็นโปรตีนประกอบด้วยสี่โซ่ซึ่งเชื่อมต่อกันตรงกลางด้วยอะตอมของเหล็ก โครงสร้างนี้ให้ความสามารถในการขนส่งออกซิเจนโดยเม็ดเลือดแดง

จำไว้ว่าเยื่อหุ้มทั้งหมดมีโปรตีน จำเป็นสำหรับการขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

มีหน้าที่อีกมากมายของโมเลกุลโปรตีนที่ทำหน้าที่ได้อย่างชัดเจนและไร้ข้อกังขา สารประกอบที่น่าทึ่งเหล่านี้มีความหลากหลายมาก ไม่เพียงแต่ในบทบาทในเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างด้วย

การสังเคราะห์เกิดขึ้นที่ไหน

ไรโบโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่ส่วนหลักของกระบวนการที่เรียกว่า "การสังเคราะห์โปรตีน" เกิดขึ้น ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ในโรงเรียนต่างๆ มีความแตกต่างกันในหลักสูตรการเรียนชีววิทยา แต่ครูหลายคนให้เนื้อหาเกี่ยวกับออร์แกเนลล์ล่วงหน้าก่อนที่จะเรียนการแปล

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องยากสำหรับนักเรียนที่จะจำเนื้อหาที่ครอบคลุมและรวมเข้าด้วยกัน คุณควรตระหนักว่าสามารถสร้างสายโพลีเปปไทด์ได้เพียงสายเดียวในหนึ่งออร์แกเนลล์ในแต่ละครั้ง ไม่เพียงพอต่อความต้องการของเซลล์ทั้งหมด ดังนั้นจึงมีไรโบโซมจำนวนมากและส่วนใหญ่มักจะรวมกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

EPS ดังกล่าวเรียกว่าหยาบ ประโยชน์ของ "การทำงานร่วมกัน" นั้นชัดเจน: ทันทีหลังจากการสังเคราะห์ โปรตีนจะเข้าสู่ช่องทางการขนส่งและสามารถส่งไปยังปลายทางได้โดยไม่ชักช้า

แต่ถ้าเราคำนึงถึงจุดเริ่มต้นคือการอ่านข้อมูลจาก DNA เราสามารถพูดได้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิตเริ่มต้นในนิวเคลียส ที่นั่นมีการสังเคราะห์รหัสพันธุกรรม

วัสดุที่จำเป็นคือกรดอะมิโน สถานที่สังเคราะห์คือไรโบโซม

ดูเหมือนว่าเป็นการยากที่จะอธิบายว่ากระบวนการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นได้อย่างไร แผนภาพกระบวนการและภาพวาดจำนวนมากเป็นสิ่งที่จำเป็น พวกเขาจะช่วยถ่ายทอดข้อมูลทั้งหมดรวมทั้งนักเรียนจะสามารถจดจำได้ง่ายขึ้น

ก่อนอื่นคุณต้องมี "วัสดุก่อสร้าง" สำหรับการสังเคราะห์ - กรดอะมิโน บางส่วนผลิตโดยร่างกาย อื่น ๆ สามารถได้รับจากอาหารเท่านั้น, พวกเขาเรียกว่าขาดไม่ได้.

จำนวนกรดอะมิโนทั้งหมดคือ 20 ชนิด แต่เนื่องจากมีตัวเลือกจำนวนมากที่สามารถจัดเรียงเป็นสายโซ่ยาวได้ โมเลกุลของโปรตีนจึงมีความหลากหลายมาก กรดเหล่านี้มีโครงสร้างคล้ายกัน แต่ต่างกันที่อนุมูล

คุณสมบัติของส่วนเหล่านี้ของกรดอะมิโนแต่ละชนิดเป็นตัวกำหนดว่าโครงสร้างใดที่ห่วงโซ่ผลลัพธ์จะ "พับ" ไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างสี่ส่วนร่วมกับสายโซ่อื่นๆ หรือไม่ และคุณสมบัติของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ได้จะมีคุณสมบัติอย่างไร

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนไม่สามารถดำเนินไปอย่างง่ายๆ ในไซโทพลาซึม มันต้องการไรโบโซม ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย - ใหญ่และเล็ก เมื่อพัก พวกมันจะถูกแยกออกจากกัน แต่ทันทีที่การสังเคราะห์เริ่มต้นขึ้น พวกมันเชื่อมต่อกันทันทีและเริ่มทำงาน

กรดไรโบนิวคลีอิกที่สำคัญและแตกต่างกันดังกล่าว

เพื่อนำกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม คุณจำเป็นต้องมี RNA พิเศษที่เรียกว่าการขนส่ง เรียกโดยย่อว่า tRNA โมเลกุลโคลเวอร์ลีฟสายเดี่ยวนี้สามารถยึดกรดอะมิโนตัวเดียวเข้ากับปลายอิสระและส่งต่อไปยังตำแหน่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีน

อาร์เอ็นเออีกตัวที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่าเมทริกซ์ (ข้อมูล) มันมีองค์ประกอบที่สำคัญเท่าเทียมกันของการสังเคราะห์ - รหัสที่ระบุอย่างชัดเจนว่าเมื่อใดที่กรดอะมิโนจะเชื่อมโยงกับห่วงโซ่โปรตีนที่เป็นผลลัพธ์

โมเลกุลนี้มีโครงสร้างแบบสายเดี่ยว ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์และดีเอ็นเอ มีความแตกต่างบางประการในโครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิกเหล่านี้ ซึ่งคุณสามารถอ่านได้ในบทความเปรียบเทียบเกี่ยวกับ RNA และ DNA

ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบของโปรตีน mRNA ได้รับจากผู้ดูแลหลักของรหัสพันธุกรรม - DNA กระบวนการอ่านและสังเคราะห์ mRNA เรียกว่าการถอดความ

มันเกิดขึ้นในนิวเคลียส จากจุดที่ mRNA ถูกส่งไปยังไรโบโซม ตัว DNA เองไม่ได้ออกจากนิวเคลียส หน้าที่ของมันมีเพียงรักษารหัสพันธุกรรมและถ่ายโอนไปยังเซลล์ลูกสาวในระหว่างการแบ่งตัว

ตารางสรุปผู้เข้าร่วมหลักของการออกอากาศ

เพื่ออธิบายการสังเคราะห์โปรตีนอย่างกระชับและชัดเจน ตารางเป็นสิ่งที่จำเป็น เราจะเขียนส่วนประกอบทั้งหมดและบทบาทในกระบวนการนี้ซึ่งเรียกว่าการแปล

กระบวนการสร้างห่วงโซ่โปรตีนนั้นแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน ลองดูที่แต่ละรายละเอียดเพิ่มเติม หลังจากนั้น คุณสามารถอธิบายการสังเคราะห์โปรตีนให้กับทุกคนที่ต้องการด้วยวิธีสั้นๆ และเข้าใจได้ง่ายๆ

การเริ่มต้น - จุดเริ่มต้นของกระบวนการ

นี่คือขั้นตอนเริ่มต้นของการแปล ซึ่งหน่วยย่อยเล็กๆ ของไรโบโซมจะหลอมรวมกับ tRNA ตัวแรก กรดไรโบนิวคลีอิกนี้มีกรดอะมิโนเมไทโอนีน การแปลเริ่มต้นด้วยกรดอะมิโนนี้เสมอ เนื่องจากโคดอนเริ่มต้นคือ AUG ซึ่งเข้ารหัสโมโนเมอร์ตัวแรกนี้ในห่วงโซ่โปรตีน

เพื่อให้ไรโบโซมจดจำโคดอนเริ่มต้นและไม่เริ่มการสังเคราะห์จากส่วนกลางของยีน ซึ่งลำดับ AUG สามารถปรากฏขึ้นได้ ลำดับนิวคลีโอไทด์พิเศษจะอยู่รอบโคดอนเริ่มต้น มันมาจากพวกเขาที่ไรโบโซมรู้จักสถานที่ที่หน่วยย่อยเล็ก ๆ ควรนั่ง

หลังจากการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ด้วย mRNA ขั้นตอนการเริ่มต้นจะสิ้นสุดลง และขั้นตอนหลักของการแปลเริ่มต้นขึ้น

การยืดตัว - ตรงกลางของการสังเคราะห์

ในขั้นตอนนี้จะมีการสร้างห่วงโซ่โปรตีนอย่างค่อยเป็นค่อยไป ระยะเวลาของการยืดตัวขึ้นอยู่กับจำนวนกรดอะมิโนในโปรตีน

ก่อนอื่น หน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซมจะติดอยู่กับหน่วยย่อยขนาดเล็ก และ t-RNA เริ่มต้นอยู่ในนั้นทั้งหมด ภายนอกมีเพียงเมไธโอนีนเท่านั้นที่ยังคงอยู่ ถัดไป t-RNA ตัวที่สองที่มีกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่

ถ้าโคดอนตัวที่สองบน mRNA ตรงกับแอนติโคดอนที่ด้านบนของโคลเวอร์ลีฟ กรดอะมิโนตัวที่สองจะจับกับตัวแรกผ่านพันธะเพปไทด์

หลังจากนั้น ไรโบโซมจะเคลื่อนไปตาม m-RNA เพื่อหานิวคลีโอไทด์สามตัว (หนึ่งโคดอน) t-RNA ตัวแรกจะแยกเมไทโอนีนออกจากตัวมันเองและแยกออกจากคอมเพล็กซ์ แทนที่มันคือ t-RNA ตัวที่สองซึ่งในตอนท้ายมีกรดอะมิโนสองตัวอยู่แล้ว

จากนั้น tRNA ที่สามจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่และดำเนินการซ้ำ มันจะดำเนินต่อไปจนกว่าไรโบโซมจะชนโคดอนใน mRNA ที่ส่งสัญญาณการสิ้นสุดของการแปล

การสิ้นสุด

ด่านนี้เป็นด่านสุดท้าย มันอาจจะดูโหดร้ายสำหรับบางคน โมเลกุลและออร์แกเนลล์ทั้งหมดที่ทำงานอย่างกลมกลืนเพื่อสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดทำงานทันทีที่ไรโบโซมกระทบกับโคดอนส่วนปลาย

มันไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโนใดๆ ดังนั้น tRNA อะไรก็ตามที่เข้าไปในหน่วยย่อยขนาดใหญ่จะถูกปฏิเสธทั้งหมดเนื่องจากไม่ตรงกัน นี่คือที่มาของปัจจัยการยุติซึ่งแยกโปรตีนสำเร็จรูปออกจากไรโบโซม

ออร์แกเนลล์เองสามารถแยกออกเป็นสองหน่วยย่อยหรือต่อลงไปตาม mRNA เพื่อค้นหาโคดอนเริ่มต้นใหม่ mRNA หนึ่งตัวสามารถมีไรโบโซมได้หลายตัวพร้อมกัน แต่ละคนอยู่ในขั้นตอนของการแปลของตัวเองโปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่นั้นมาพร้อมกับเครื่องหมายซึ่งทุกคนจะเข้าใจปลายทางของมันอย่างชัดเจน และโดย EPS มันจะถูกส่งไปยังที่ที่จำเป็น

เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทของการสังเคราะห์โปรตีนจำเป็นต้องศึกษาว่าสามารถทำหน้าที่อะไรได้บ้าง ขึ้นอยู่กับลำดับของกรดอะมิโนในสายโซ่ มันเป็นคุณสมบัติของมันที่กำหนดทุติยภูมิ ตติยภูมิ และบางครั้งสี่ (ถ้ามี) และบทบาทของมันในเซลล์ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่ของโมเลกุลโปรตีนได้ในบทความในหัวข้อนี้

วิธีเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการแพร่ภาพ

บทความนี้อธิบายถึงการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิต แน่นอน หากคุณศึกษาเรื่องนี้อย่างลึกซึ้งมากขึ้น จะใช้เวลาหลายหน้าในการอธิบายกระบวนการในรายละเอียดทั้งหมด แต่เนื้อหาข้างต้นน่าจะเพียงพอสำหรับแนวคิดทั่วๆ ไป สื่อวิดีโอที่นักวิทยาศาสตร์ได้จำลองทุกขั้นตอนของการแปลอาจมีประโยชน์มากในการทำความเข้าใจ บางส่วนได้รับการแปลเป็นภาษารัสเซียและสามารถใช้เป็นแนวทางที่ดีเยี่ยมสำหรับนักเรียนหรือเป็นเพียงวิดีโอเพื่อการศึกษา

เพื่อให้เข้าใจหัวข้อได้ดีขึ้น คุณควรอ่านบทความอื่นๆ ในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับหรือเกี่ยวกับหน้าที่ของโปรตีน

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซลล์ เนื่องจากโปรตีนเป็นสารเชิงซ้อนที่มีบทบาทสำคัญในเนื้อเยื่อ จึงขาดไม่ได้ ด้วยเหตุผลนี้ กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนทั้งสายจึงเกิดขึ้นจริงในเซลล์ ซึ่งเกิดขึ้นในออร์แกเนลล์ต่างๆ สิ่งนี้รับประกันการสืบพันธุ์ของเซลล์และความเป็นไปได้ของการมีอยู่

สาระสำคัญของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน

สถานที่เดียวสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนนั้นหยาบ นี่คือไรโบโซมจำนวนมากที่รับผิดชอบในการก่อตัวของสายโซ่โพลีเปปไทด์ อย่างไรก็ตาม ก่อนที่ขั้นตอนการแปล (กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน) จะเริ่มต้นขึ้น จำเป็นต้องมีการเปิดใช้งานยีนซึ่งเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีน หลังจากนี้ จำเป็นต้องมีการคัดลอกส่วนนี้ของ DNA (หรือ RNA หากพิจารณาการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแบคทีเรีย)

หลังจากคัดลอก DNA แล้ว จำเป็นต้องมีกระบวนการสร้าง messenger RNA จากนั้นจะทำการสังเคราะห์โซ่โปรตีน นอกจากนี้ ขั้นตอนทั้งหมดที่เกิดขึ้นกับการมีส่วนร่วมของกรดนิวคลีอิกจะต้องเกิดขึ้นใน อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่สถานที่ที่เกิดการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งการเตรียมการสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพจะเกิดขึ้น

การสังเคราะห์โปรตีนไรโบโซม

สถานที่หลักที่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นคือเซลล์ออร์แกเนลล์ซึ่งประกอบด้วยสองหน่วยย่อย มีโครงสร้างดังกล่าวจำนวนมากในเซลล์และส่วนใหญ่จะอยู่ที่เยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมหยาบ การสังเคราะห์ทางชีวภาพเกิดขึ้นดังนี้: RNA ของผู้ส่งสารที่ก่อตัวขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ออกจากรูพรุนของนิวเคลียสเข้าไปในไซโตพลาสซึมและพบกับไรโบโซม จากนั้น mRNA จะถูกผลักเข้าไปในช่องว่างระหว่างหน่วยย่อยของไรโบโซม หลังจากนั้นกรดอะมิโนตัวแรกจะถูกตรึง

กรดอะมิโนจะถูกส่งไปยังไซต์ที่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุลดังกล่าวหนึ่งตัวที่สามารถนำกรดอะมิโนได้ครั้งละหนึ่งตัว พวกเขาเข้าร่วมตามลำดับขึ้นอยู่กับลำดับโคดอนของ RNA ของผู้ส่งสาร นอกจากนี้ การสังเคราะห์อาจหยุดชั่วขณะ

เมื่อเคลื่อนที่ไปตาม mRNA ไรโบโซมสามารถเข้าสู่บริเวณ (อินตรอน) ที่ไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโน ในสถานที่เหล่านี้ ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม mRNA แต่ไม่มีกรดอะมิโนเพิ่มเข้าไปในสายโซ่ ทันทีที่ไรโบโซมมาถึง exon ซึ่งก็คือตำแหน่งที่เขียนรหัสของกรด มันจะจับกับโพลีเปปไทด์อีกครั้ง

การดัดแปลงโปรตีนหลังการสังเคราะห์

หลังจากที่ไรโบโซมไปถึงโคดอนหยุดของ messenger RNA กระบวนการสังเคราะห์โดยตรงก็เสร็จสิ้น อย่างไรก็ตาม โมเลกุลที่เป็นผลลัพธ์มีโครงสร้างหลักและยังไม่สามารถทำหน้าที่ที่สงวนไว้สำหรับมันได้ เพื่อให้ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ โมเลกุลต้องได้รับการจัดโครงสร้างที่แน่นอน: ทุติยภูมิ ตติยภูมิ หรือซับซ้อนกว่านั้น - ควอเทอร์นารี

โครงสร้างองค์กรของโปรตีน

โครงสร้างรองเป็นขั้นตอนแรกของการจัดโครงสร้าง เพื่อให้บรรลุผลดังกล่าว ห่วงโซ่โพลีเปปไทด์ปฐมภูมิจะต้องขด (ก่อตัวเป็นอัลฟาเอนริซิส) หรือพับ (สร้างชั้นเบต้า) จากนั้น เพื่อให้ใช้พื้นที่น้อยลงตามความยาว โมเลกุลก็ยิ่งหดตัวมากขึ้นและขดตัวเป็นลูกบอลเนื่องจากพันธะไฮโดรเจน โควาเลนต์ และไอออนิก ตลอดจนปฏิกิริยาระหว่างอะตอม ดังนั้นเราจึงได้ทรงกลม

โครงสร้างโปรตีนสี่ส่วน

โครงสร้างควอเทอร์นารีเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนที่สุด ประกอบด้วยหลายส่วนที่มีโครงสร้างเป็นรูปทรงกลม เชื่อมต่อกันด้วยเส้นใยไฟบริลลาของโพลีเปปไทด์ นอกจากนี้ โครงสร้างตติยภูมิและควอเทอร์นารีสามารถมีคาร์โบไฮเดรตหรือไขมันตกค้าง ซึ่งขยายสเปกตรัมของการทำงานของโปรตีน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไกลโคโปรตีน โปรตีนและคาร์โบไฮเดรตเป็นอิมมูโนโกลบูลินและทำหน้าที่ป้องกัน นอกจากนี้ ไกลโคโปรตีนยังอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์และทำงานเป็นตัวรับ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลไม่ได้ถูกดัดแปลงที่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้น แต่อยู่ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบ ที่นี่มีความเป็นไปได้ที่จะติดลิพิด โลหะ และคาร์โบไฮเดรตเข้ากับโดเมนโปรตีน

ขั้นแรก สร้างลำดับขั้นตอนในการสังเคราะห์โปรตีน โดยเริ่มจากการถอดความ ลำดับของกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนสามารถรวมกันเป็น 2 ขั้นตอน:

1. การถอดความ

2. ออกอากาศ.

หน่วยโครงสร้างของข้อมูลทางพันธุกรรมคือยีน - ส่วนของโมเลกุล DNA ที่เข้ารหัสการสังเคราะห์โปรตีนเฉพาะ ในแง่ของการจัดระเบียบทางเคมี วัสดุของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความแปรปรวนของโปรและยูคาริโอตนั้นไม่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน สารพันธุกรรมในพวกมันถูกนำเสนอในโมเลกุล DNA หลักการของการบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมและรหัสพันธุกรรมก็เป็นเรื่องธรรมดาเช่นกัน กรดอะมิโนที่เหมือนกันในโปรและยูคาริโอตถูกเข้ารหัสด้วยรหัสเดียวกัน

จีโนมของเซลล์โปรคาริโอตสมัยใหม่นั้นมีขนาดค่อนข้างเล็ก DNA ของ Escherichia coli มีรูปร่างเป็นวงแหวนยาวประมาณ 1 มม. ประกอบด้วยคู่เบส 4 x 10 6 สร้างยีนประมาณ 4,000 ยีน ในปี 1961 F. Jacob และ J. Monod ได้ค้นพบ cistronic หรือการจัดระเบียบอย่างต่อเนื่องของยีนโปรคาริโอต ซึ่งประกอบด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เข้ารหัสทั้งหมด และพวกมันถูกรับรู้ทั้งหมดในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน สารพันธุกรรมของโมเลกุล DNA ของโปรคาริโอตนั้นอยู่ในไซโทพลาซึมของเซลล์โดยตรง โดยที่ tRNA และเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการแสดงออกของยีนก็ตั้งอยู่เช่นกัน Expression คือกิจกรรมการทำงานของยีนหรือการแสดงออกของยีน ดังนั้น mRNA ที่สังเคราะห์ด้วย DNA จึงสามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนได้ทันที

จีโนมยูคาริโอตประกอบด้วยสารพันธุกรรมมากกว่า ในมนุษย์ ความยาวรวมของ DNA ในชุดโครโมโซมไดพลอยด์คือประมาณ 174 ซม. ประกอบด้วย 3 x 10 9 คู่เบส และมียีนมากถึง 100,000 ยีน ในปี พ.ศ. 2520 มีการค้นพบความไม่ต่อเนื่องในโครงสร้างของยีนยูคาริโอตส่วนใหญ่ ซึ่งเรียกว่ายีน "โมเสก" มีการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ แปลกใหม่และ ภายในแปลง ข้อมูล exon เท่านั้นที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน จำนวนอินตรอนแตกต่างกันไปตามยีนต่างๆ เป็นที่ทราบกันดีว่ายีนโอวัลบูมินของไก่ประกอบด้วยอินตรอน 7 ตัว และยีนโปรคอลลาเจนของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม - 50 ตัว การทำงานของดีเอ็นเอเงียบ - อินตรอนยังไม่ได้รับการอธิบายอย่างสมบูรณ์ สันนิษฐานว่ามี: 1) การจัดโครงสร้างโครมาติน; 2) บางส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมการแสดงออกของยีนอย่างชัดเจน 3) อินตรอนถือได้ว่าเป็นที่เก็บข้อมูลสำหรับความแปรปรวน 4) พวกมันสามารถมีบทบาทในการป้องกันโดยทำหน้าที่ก่อการกลายพันธุ์

การถอดความ

กระบวนการเขียนข้อมูลใหม่ในนิวเคลียสของเซลล์จากส่วนหนึ่งของโมเลกุล DNA เป็นโมเลกุล mRNA (mRNA) เรียกว่า การถอดความ(lat. Transcriptio - การเขียนใหม่). ผลิตภัณฑ์หลักของยีน mRNA ถูกสังเคราะห์ นี่เป็นขั้นตอนแรกในการสังเคราะห์โปรตีน ในส่วนที่เกี่ยวข้องของ DNA เอ็นไซม์ RNA polymerase จะจดจำสัญญาณของการเริ่มต้นการถอดรหัส - ดูตัวอย่างจุดเริ่มต้นถือเป็นนิวคลีโอไทด์ DNA ตัวแรกซึ่งรวมอยู่ในเอ็นไซม์ในการถอดเสียง RNA ตามกฎแล้ว พื้นที่การเข้ารหัสจะขึ้นต้นด้วย codon AUG บางครั้ง GUG จะถูกใช้ในแบคทีเรีย เมื่อ RNA polymerase จับกับโปรโมเตอร์ DNA double helix จะถูกคลายออกในพื้นที่และหนึ่งในสายจะถูกคัดลอกตามหลักการของการเติมเต็ม มีการสังเคราะห์ mRNA ความเร็วในการประกอบถึง 50 นิวคลีโอไทด์ต่อวินาที เมื่อ RNA polymerase เคลื่อนที่ สายโซ่ mRNA จะเติบโตขึ้น และเมื่อเอนไซม์ถึงจุดสิ้นสุดของตำแหน่งการคัดลอก - เทอร์มิเนเตอร์, mRNA เคลื่อนออกจากแม่แบบ DNA double helix ที่อยู่เบื้องหลังเอนไซม์ได้รับการซ่อมแซม

การถอดความของโปรคาริโอตเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่า DNA ประกอบด้วยการเข้ารหัสลำดับนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด ดังนั้น mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นจึงทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการแปลทันที (ดูด้านบน)

การถอดความของ mRNA ในยูคาริโอตเกิดขึ้นในนิวเคลียส มันเริ่มต้นด้วยการสังเคราะห์โมเลกุลขนาดใหญ่ - สารตั้งต้น (pro-mRNA) เรียกว่า RNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะหรือ RNA นิวเคลียร์ ผลิตภัณฑ์หลักของยีน - pro-mRNA เป็นสำเนาที่ถูกต้องของภูมิภาค DNA ที่ถอดความซึ่งรวมถึง exons และ introns กระบวนการสร้างโมเลกุล RNA ที่โตเต็มที่จากสารตั้งต้นเรียกว่า กำลังประมวลผล. การสุกของ mRNA เกิดขึ้นโดย ประกบเป็นการปักชำด้วยเอนไซม์ จำกัดอินตรอนและการเชื่อมต่อของตำแหน่งที่มีลำดับ exon ที่คัดลอกโดยเอนไซม์ ligase (รูปที่) mRNA ที่โตเต็มที่นั้นสั้นกว่าโมเลกุลของสารตั้งต้น pro-mRNA มาก ขนาดของอินตรอนในนั้นแตกต่างกันไปตั้งแต่ 100 ถึง 1,000 นิวคลีโอไทด์หรือมากกว่า Introns คิดเป็นประมาณ 80% ของ mRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะทั้งหมด

ตอนนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่ามันเป็นไปได้ ประกบทางเลือก,ซึ่งลำดับนิวคลีโอไทด์สามารถลบออกจากการถอดเสียงหลักหนึ่งรายการในภูมิภาคต่างๆ ของมันได้ และจะสร้าง mRNA ที่ครบกำหนดหลายตัว การประกบประเภทนี้เป็นลักษณะเฉพาะของระบบยีนอิมมูโนโกลบูลินในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งทำให้สามารถสร้างแอนติบอดีประเภทต่างๆ โดยอาศัยการถอดเสียง mRNA เดี่ยว

เมื่อเสร็จสิ้นการประมวลผล mRNA ที่โตเต็มที่จะถูกเลือกก่อนที่จะออกจากนิวเคลียส มีการพิสูจน์แล้วว่ามีเพียง 5% ของ mRNA ที่โตเต็มที่เท่านั้นที่เข้าสู่ไซโตพลาสซึม และส่วนที่เหลือจะถูกแยกย่อยในนิวเคลียส

ออกอากาศ

การแปล (lat. Translatio - การถ่ายโอน, การถ่ายโอน) - การแปลข้อมูลที่มีอยู่ในลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA เป็นลำดับกรดอะมิโนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ (รูปที่ 10) นี่คือขั้นตอนที่สองของการสังเคราะห์โปรตีน การถ่ายโอน mRNA ที่โตเต็มที่ผ่านรูพรุนของเปลือกหุ้มนิวเคลียสจะสร้างโปรตีนพิเศษที่ก่อตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับโมเลกุล RNA นอกเหนือจากการขนส่ง mRNA แล้ว โปรตีนเหล่านี้ยังป้องกัน mRNA จากผลเสียหายของเอนไซม์ไซโตพลาสซึม ในกระบวนการแปล tRNAs มีบทบาทสำคัญ พวกมันรับประกันความสอดคล้องที่แน่นอนของกรดอะมิโนกับรหัสของ mRNA triplet กระบวนการถอดรหัสการแปลเกิดขึ้นในไรโบโซมและดำเนินการในทิศทางตั้งแต่ 5 ถึง 3 คอมเพล็กซ์ของ mRNA และไรโบโซมเรียกว่าโพลีโซม

การแปลสามารถแบ่งออกได้เป็นสามช่วง: การเริ่มต้น การยืดเวลา และการสิ้นสุด

การเริ่มต้น

ในขั้นตอนนี้ จะมีการรวบรวมคอมเพล็กซ์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีน มีการรวมตัวกันของหน่วยย่อยของไรโบโซมสองหน่วยที่ตำแหน่งหนึ่งของ mRNA โดยอะมิโนอะซิล - tRNA ตัวแรกจะติดอยู่กับมัน และสิ่งนี้จะกำหนดเฟรมสำหรับการอ่านข้อมูล โมเลกุล mRNA ใดๆ จะมีตำแหน่งที่ประกอบขึ้นกับ rRNA ของหน่วยย่อยเล็กๆ ของไรโบโซมและควบคุมโดยไรโบโซมโดยเฉพาะ ถัดจากนั้นคือโคดอนเริ่มต้นเริ่มต้น AUG ซึ่งเข้ารหัสกรดอะมิโนเมไทโอนีน

การยืดตัว

- มันรวมถึงปฏิกิริยาทั้งหมดตั้งแต่ช่วงเวลาของการสร้างพันธะเปปไทด์ตัวแรกจนถึงการเติมกรดอะมิโนตัวสุดท้าย ไรโบโซมมีสองตำแหน่งสำหรับจับโมเลกุล tRNA สองตัว t-RNA ตัวแรกที่มีกรดอะมิโนเมไทโอนีนอยู่ในส่วนเดียวคือ peptidyl (P) และการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนใด ๆ ก็เริ่มต้นขึ้น โมเลกุล t-RNA ที่สองเข้าสู่ตำแหน่งที่สองของไรโบโซม - อะมิโนเอซิล (A) และยึดติดกับโคดอน พันธะเปปไทด์เกิดขึ้นระหว่างเมไทโอนีนกับกรดอะมิโนตัวที่สอง tRNA ตัวที่สองเคลื่อนไปพร้อมกับ mRNA โคดอนของมันไปยังศูนย์กลางเพปทิดิล การเคลื่อนที่ของ tRNA ด้วยสายโซ่โพลีเปปไทด์จากศูนย์กลางอะมิโนเอซิลไปยังศูนย์กลางเพปทิดิลจะมาพร้อมกับการเลื่อนระดับของไรโบโซมไปตาม mRNA โดยขั้นตอนที่สอดคล้องกับโคดอนหนึ่งตัว tRNA ที่ส่ง methionine กลับไปยังไซโตพลาสซึม และศูนย์ amnoacyl จะถูกปลดปล่อยออกมา ได้รับ t-RNA ใหม่พร้อมกรดอะมิโนที่เข้ารหัสโดยโคดอนถัดไป พันธะเปปไทด์เกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโนตัวที่สามและตัวที่สอง และ tRNA ตัวที่สามพร้อมกับ mRNA codon จะเคลื่อนไปที่ศูนย์กลางเปปติดิล กระบวนการยืด การยืดตัวของสายโซ่โปรตีน มันจะดำเนินต่อไปจนกระทั่งหนึ่งในสามโคดอนที่ไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโนเข้าสู่ไรโบโซม นี่คือเทอร์มิเนเตอร์โคดอน และไม่มี tRNA ที่สอดคล้องกัน ดังนั้นจึงไม่มี tRNA ใดที่สามารถอยู่ในใจกลางของอะมิโนเอซิลได้

การสิ้นสุด

- เสร็จสิ้นการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์ มีความเกี่ยวข้องกับการรับรู้โดยโปรตีนไรโบโซมเฉพาะของหนึ่งในโคดอนปลายทาง (UAA, UAG, UGA) เมื่อเข้าสู่ใจกลางอะมิโนเอซิล ไรโบโซมมีปัจจัยการสิ้นสุดพิเศษซึ่งส่งเสริมการแยกหน่วยย่อยของไรโบโซมและปล่อยโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้น น้ำจับกับกรดอะมิโนตัวสุดท้ายของเปปไทด์ และปลายคาร์บอกซิลของมันถูกแยกออกจาก tRNA

การประกอบสายโซ่เปปไทด์นั้นดำเนินการด้วยความเร็วสูง ในแบคทีเรียที่อุณหภูมิ 37°C จะแสดงออกด้วยการเติมกรดอะมิโน 12 ถึง 17 ตัวต่อวินาทีลงในพอลิเพปไทด์ ในเซลล์ยูคาริโอต กรดอะมิโนสองตัวจะถูกเติมลงในโพลีเปปไทด์ในหนึ่งวินาที

จากนั้นสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่สังเคราะห์ได้จะเข้าสู่ Golgi complex ที่ซึ่งการสร้างโมเลกุลโปรตีนเสร็จสมบูรณ์ (โครงสร้างที่สอง สาม สี่ปรากฏต่อเนื่องกัน) ที่นี่มีความซับซ้อนของโมเลกุลโปรตีนที่มีไขมันและคาร์โบไฮเดรต

กระบวนการทั้งหมดของการสังเคราะห์โปรตีนถูกนำเสนอในรูปแบบของโครงร่าง: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® โพลีเปปไทด์เชน ® โปรตีน ® คอมเพล็กซ์โปรตีน และการเปลี่ยนแปลงของพวกมันเป็นโมเลกุลที่ทำหน้าที่ตามหน้าที่

ขั้นตอนของการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ก็ดำเนินไปในลักษณะเดียวกัน ขั้นแรก จะถูกถ่ายทอดเป็นลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA จากนั้นจึงแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนของพอลิเปปไทด์บนไรโบโซมโดยมีส่วนร่วมของ tRNA

การถอดความของยูคาริโอตนั้นดำเนินการภายใต้การกระทำของ RNA polymerases นิวเคลียร์สามตัว RNA polymerase 1 ตั้งอยู่ในนิวเคลียสและมีหน้าที่ในการถอดรหัสยีน rRNA RNA polymerase 2 พบได้ในน้ำเลี้ยงนิวเคลียร์และมีหน้าที่ในการสังเคราะห์สารตั้งต้นของ mRNA RNA polymerase 3 เป็นเศษส่วนเล็ก ๆ ในน้ำนมนิวเคลียร์ที่สังเคราะห์ rRNA และ tRNA ขนาดเล็ก RNA polymerases จดจำลำดับนิวคลีโอไทด์ของโปรโมเตอร์การถอดความโดยเฉพาะ Eukaryotic mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นเป็นครั้งแรกในฐานะสารตั้งต้น (pro-mRNA) ข้อมูลจาก exons และ introns จะถูกตัดออกไป mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นนั้นมีขนาดใหญ่เกินความจำเป็นสำหรับการแปลภาษาและมีความเสถียรน้อยกว่า

ในกระบวนการสุกของโมเลกุล mRNA อินตรอนจะถูกตัดออกด้วยความช่วยเหลือของเอ็นไซม์จำกัด และเอ็กซอนจะถูกเย็บเข้าด้วยกันด้วยความช่วยเหลือของเอ็นไซม์ลิกาส การเจริญเต็มที่ของ mRNA เรียกว่าการประมวลผล และการรวม exons เรียกว่า splicing ดังนั้น mRNA ที่โตเต็มที่จะมีเพียง exons และสั้นกว่า pro-mRNA รุ่นก่อนมาก ขนาดอินตรอนมีตั้งแต่ 100 ถึง 10,000 นิวคลีโอไทด์หรือมากกว่านั้น Intons คิดเป็นประมาณ 80% ของ mRNA ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะทั้งหมด ในปัจจุบัน ความเป็นไปได้ของการประกบทางเลือกได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งสามารถลบลำดับนิวคลีโอไทด์ออกจากการถอดเสียงหลักหนึ่งรายการในภูมิภาคต่างๆ และ mRNA ที่โตเต็มที่หลายตัวจะถูกสร้างขึ้น การประกบประเภทนี้เป็นลักษณะเฉพาะของระบบยีนอิมมูโนโกลบูลินในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งทำให้สามารถสร้างแอนติบอดีประเภทต่างๆ โดยอาศัยการถอดเสียง mRNA เดี่ยว เมื่อเสร็จสิ้นการประมวลผล mRNA ที่โตเต็มที่จะถูกเลือกก่อนที่จะปล่อยเข้าไปในไซโตพลาสซึมจากนิวเคลียส เป็นที่ทราบกันดีว่ามีเพียง 5% ของ mRNA ที่โตเต็มที่เท่านั้นที่เข้าไป และส่วนที่เหลือจะถูกแยกย่อยในนิวเคลียส การเปลี่ยนแปลงของทรานสคริปตอนหลักของยีนยูคาริโอตที่เกี่ยวข้องกับองค์กร exon-intron และในการเชื่อมต่อกับการเปลี่ยนแปลงของ mRNA ที่เป็นผู้ใหญ่จากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมกำหนดคุณสมบัติของการทำให้ข้อมูลทางพันธุกรรมของยูคาริโอตเป็นจริง ดังนั้น ยีนยูคาริโอตโมเสกจึงไม่ใช่ยีนซิสโตรโนม เนื่องจากไม่ได้ใช้ลำดับดีเอ็นเอทั้งหมดสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน

คำถามหลักของพันธุศาสตร์คือคำถามเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีน สรุปข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและการสังเคราะห์ DNA และ RNA, Crick ในปี 1960 ได้เสนอทฤษฎีเมทริกซ์ของการสังเคราะห์โปรตีนตามบทบัญญัติ 3 ประการคือ

1. ความสมบูรณ์ของฐานไนโตรเจนของ DNA และ RNA

2. ลำดับเชิงเส้นของตำแหน่งของยีนในโมเลกุล DNA

3. การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมสามารถเกิดขึ้นได้จากกรดนิวคลีอิกไปยังกรดนิวคลีอิกหรือโปรตีนเท่านั้น

จากโปรตีนสู่โปรตีน การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมเป็นไปไม่ได้ดังนั้น กรดนิวคลีอิกเท่านั้นที่สามารถเป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน

การสังเคราะห์โปรตีนต้องการ:

1. DNA (ยีน) ที่สังเคราะห์โมเลกุล

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

ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน มีขั้นตอนที่แตกต่างกัน: การถอดความและการแปล

การถอดความ- สำมะโน (เขียนใหม่) ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างนิวเคลียสจาก DNA ถึง RNA (t-RNA และ RNA, r-RNA)

การอ่านข้อมูลทางพันธุกรรมจะเริ่มต้นจากส่วนหนึ่งของ DNA ซึ่งเรียกว่าโปรโมเตอร์ โปรโมเตอร์ตั้งอยู่ก่อนยีนและมีนิวคลีโอไทด์ประมาณ 80 ตัว

บนสายโซ่ด้านนอกของโมเลกุล DNA มีการสังเคราะห์ i-RNA (ตัวกลาง) ซึ่งทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ดังนั้นจึงเรียกว่าเมทริกซ์ เป็นสำเนาที่ถูกต้องของลำดับนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่ดีเอ็นเอ

มีบริเวณใน DNA ที่ไม่มีข้อมูลทางพันธุกรรม (อินตรอน) ส่วนของ DNA ที่มีข้อมูลเรียกว่า exons

มีเอ็นไซม์พิเศษในนิวเคลียสที่ตัดอินตรอนออก และชิ้นส่วนของเอ็กซอนจะถูก "ประกบ" เข้าด้วยกันตามลำดับที่เข้มงวดจนเป็นเกลียวทั่วไป กระบวนการนี้เรียกว่า "การประกบ" ในระหว่างการประกบกัน จะมีการสร้าง mRNA ที่โตเต็มที่ซึ่งมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน mRNA ที่โตเต็มที่ (matrix RNA) ผ่านรูพรุนของเยื่อหุ้มนิวเคลียสและเข้าสู่ช่องทางของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ไซโตพลาสซึม) และที่นี่จะรวมกับไรโบโซม

ออกอากาศ- ลำดับของนิวคลีโอไทด์ใน i-RNA ถูกแปลเป็นลำดับที่เข้มงวดของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้น

กระบวนการแปลประกอบด้วย 2 ขั้นตอน: การกระตุ้นกรดอะมิโนและการสังเคราะห์โมเลกุลโปรตีนโดยตรง

โมเลกุล mRNA หนึ่งโมเลกุลจับกับไรโบโซม 5-6 ตัวเพื่อสร้างโพลีโซม การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นที่โมเลกุล mRNA โดยมีไรโบโซมเคลื่อนที่ไปด้วย ในช่วงเวลานี้ กรดอะมิโนในไซโตพลาสซึมจะถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์พิเศษที่หลั่งออกมาจากเอนไซม์ที่หลั่งออกมาจากไมโตคอนเดรีย ซึ่งแต่ละชนิดมีเอนไซม์เฉพาะของมันเอง

เกือบจะในทันที กรดอะมิโนจะจับกับ RNA อีกประเภทหนึ่ง ซึ่งเป็น RNA ที่ละลายน้ำได้ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวพากรดอะมิโนไปยังโมเลกุล mRNA และเรียกว่าการขนส่ง (t-RNA) tRNA นำกรดอะมิโนไปยังไรโบโซมไปยังสถานที่หนึ่งซึ่ง ณ เวลานี้จะมีโมเลกุล mRNA อยู่ กรดอะมิโนจะถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะเปปไทด์เพื่อสร้างโมเลกุลโปรตีน เมื่อสิ้นสุดการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลจะค่อยๆ หลุดออกจาก mRNA

ในหนึ่งโมเลกุล mRNA จะเกิดโมเลกุลโปรตีน 10-20 โมเลกุล และในบางกรณีอาจมากกว่านั้น

คำถามที่คลุมเครือที่สุดในการสังเคราะห์โปรตีนคือวิธีที่ tRNA ค้นหาตำแหน่ง mRNA ที่เหมาะสมซึ่งต้องแนบกรดอะมิโนที่นำมา

ลำดับการเรียงตัวของไนโตรเจนเบสใน DNA ซึ่งกำหนดการเรียงตัวของกรดอะมิโนในโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นคือรหัสพันธุกรรม

เนื่องจากข้อมูลทางพันธุกรรมเดียวกันนั้นถูก "บันทึก" ในกรดนิวคลีอิกด้วยอักขระ 4 ตัว (เบสไนโตรเจน) และในโปรตีน 20 ตัว (กรดอะมิโน) ปัญหาของรหัสพันธุกรรมจะลดลงเพื่อสร้างการติดต่อระหว่างกัน นักพันธุศาสตร์ นักฟิสิกส์ และนักเคมีมีบทบาทสำคัญในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรม

ในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรม ก่อนอื่นจำเป็นต้องหาจำนวนนิวคลีโอไทด์ขั้นต่ำที่สามารถกำหนด (เข้ารหัส) การก่อตัวของกรดอะมิโนหนึ่งตัวได้ หากกรดอะมิโน 20 ตัวแต่ละตัวถูกเข้ารหัสด้วยเบสเดียว DNA ก็จะต้องมีเบสที่แตกต่างกัน 20 เบส แต่ในความเป็นจริงมีเพียง 4 เบส เห็นได้ชัดว่าการรวมกันของนิวคลีโอไทด์สองตัวนั้นไม่เพียงพอที่จะเข้ารหัสสำหรับกรดอะมิโน 20 ตัว มันเขียนรหัสได้แค่ 16 กรดอะมิโน 4 2 = 16

จากนั้นจึงเสนอว่ารหัสประกอบด้วย 3 นิวคลีโอไทด์ 4 3 = 64 ชุด ดังนั้นจึงสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้มากเกินพอที่จะสร้างโปรตีนใดๆ การรวมกันของสามนิวคลีโอไทด์นี้เรียกว่า triplet code

รหัสมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

1. รหัสพันธุกรรมคือแฝดสาม(กรดอะมิโนแต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์สามตัว)

2. ความเสื่อม- กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสโดยแฝดสามหลายตัว ยกเว้นทริปโตเฟนและเมไทโอนีน

3. ในโคดอนของกรดอะมิโนหนึ่งตัว นิวคลีโอไทด์สองตัวแรกจะเหมือนกัน และตัวที่สามจะเปลี่ยนไป

4. ไม่ทับซ้อนกัน- แฝดสามไม่ซ้อนทับกัน แฝด 1 ตัวไม่สามารถเป็นส่วนหนึ่งของอีกแฝดได้ แต่ละตัวจะเข้ารหัสกรดอะมิโนของตัวเองอย่างอิสระ ดังนั้น กรดอะมิโนสองตัวใดๆ สามารถอยู่ใกล้เคียงในสายพอลิเปปไทด์และการรวมกันใดๆ ของพวกมันเป็นไปได้ นั่นคือ ในลำดับเบส ABCDEFGHI รหัสเบสสามตัวแรกสำหรับกรดอะมิโน 1 ตัว (ABC-1), (DEF-2) เป็นต้น

5.สากลเหล่านั้น. ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด codons ของกรดอะมิโนบางชนิดจะเหมือนกัน (จากดอกคาโมไมล์ถึงมนุษย์) ความเป็นสากลของรหัสเป็นพยานถึงความเป็นหนึ่งเดียวของสิ่งมีชีวิตบนโลก

6. คุกเข่า- ความบังเอิญของการจัดเรียง codons ใน mRNA กับลำดับของกรดอะมิโนในสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่สังเคราะห์ขึ้น

โคดอนเป็นนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เข้ารหัสกรดอะมิโน 1 ตัว

7. ไม่มีจุดหมายไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโนใดๆ การสังเคราะห์โปรตีนที่ไซต์นี้ถูกขัดจังหวะ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เป็นที่ชัดเจนว่าสากลของรหัสพันธุกรรมถูกละเมิดในไมโตคอนเดรีย โคดอนสี่ตัวในไมโตคอนเดรียได้เปลี่ยนความหมาย เช่น โคดอน UGA - คำตอบของทริปโตเฟนแทนที่จะเป็น "STOP" - การหยุดการสังเคราะห์โปรตีน . AUA - สอดคล้องกับเมไทโอนีน - แทนที่จะเป็น "ไอโซลิวซีน"

การค้นพบโคดอนใหม่ในไมโทคอนเดรียอาจใช้เป็นหลักฐานว่ารหัสดังกล่าวพัฒนาขึ้นและไม่ได้เป็นเช่นนั้นในทันที

ให้ข้อมูลทางพันธุกรรมจากยีนไปยังโมเลกุลโปรตีนสามารถแสดงเป็นแผนผังได้

DNA - RNA - โปรตีน

การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเซลล์แสดงให้เห็นว่าเนื้อเยื่อต่างๆ ของสิ่งมีชีวิตเดียวกันมีชุดของโมเลกุลโปรตีนที่แตกต่างกัน แม้ว่าพวกมันจะมีจำนวนโครโมโซมเท่ากันและมีข้อมูลทางกรรมพันธุ์เหมือนกันก็ตาม

เราสังเกตสถานการณ์ต่อไปนี้: แม้จะมีอยู่ในแต่ละเซลล์ของยีนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด แต่มียีนเพียงไม่กี่ตัวที่ทำงานในเซลล์เดียว - จากหนึ่งในสิบถึงหลายเปอร์เซ็นต์ของจำนวนทั้งหมด พื้นที่ที่เหลือ "เงียบ" ถูกบล็อกโดยโปรตีนพิเศษ นี่เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ว่าทำไมยีนเฮโมโกลบินจึงทำงานในเซลล์ประสาท? เช่นเดียวกับที่เซลล์กำหนดว่ายีนใดควรเงียบและยีนใดทำงาน ควรสันนิษฐานว่าเซลล์มีกลไกที่สมบูรณ์แบบบางอย่างที่ควบคุมการทำงานของยีน ซึ่งจะกำหนดว่ายีนใดควรทำงานในช่วงเวลาที่กำหนดและควรเป็น อยู่ในสถานะไม่ใช้งาน (กดขี่) กลไกดังกล่าวตามที่นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส F. Jacobo และ J. Monod เรียกว่าการเหนี่ยวนำและการกดขี่

การเหนี่ยวนำ- กระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีน

การอดกลั้น- ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีน

การเหนี่ยวนำช่วยให้มั่นใจได้ถึงการทำงานของยีนที่สังเคราะห์โปรตีนหรือเอนไซม์ ซึ่งจำเป็นในขั้นตอนนี้ของชีวิตเซลล์

ในสัตว์ ฮอร์โมนเยื่อหุ้มเซลล์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการควบคุมยีน ในโรงงาน สภาพแวดล้อม และตัวเหนี่ยวนำที่มีความเชี่ยวชาญสูงอื่นๆ

ตัวอย่าง: เมื่อเพิ่มไทรอยด์ฮอร์โมนลงในอาหารเลี้ยงเชื้อ จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของลูกอ๊อดเป็นกบ

น้ำตาลนม (แลคโตส) จำเป็นสำหรับการทำงานปกติของแบคทีเรีย E (โคไล) หากสภาพแวดล้อมที่แบคทีเรียอยู่ไม่มีแลคโตส ยีนเหล่านี้จะอยู่ในสภาวะกดขี่ (กล่าวคือ ไม่ทำงาน) แลคโตสที่นำเข้าสู่อาหารเป็นตัวเหนี่ยวนำ รวมถึงยีนที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์เอนไซม์ หลังจากกำจัดแลคโตสออกจากอาหารแล้ว การสังเคราะห์เอนไซม์เหล่านี้จะหยุดลง ดังนั้น บทบาทของสารกดประสาทสามารถเล่นได้โดยสารที่สังเคราะห์ขึ้นในเซลล์ และหากเนื้อหาเกินมาตรฐานหรือใช้หมดไป

ยีนประเภทต่าง ๆ มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนหรือเอนไซม์

ยีนทั้งหมดอยู่ในโมเลกุลดีเอ็นเอ

หน้าที่ไม่เหมือนกัน:

- โครงสร้าง -ยีนที่มีผลต่อการสังเคราะห์เอนไซม์หรือโปรตีนจะอยู่ในโมเลกุล DNA ตามลำดับของอิทธิพลที่มีต่อปฏิกิริยาการสังเคราะห์ หรือคุณสามารถพูดได้ว่ายีนโครงสร้าง ซึ่งเป็นยีนที่นำข้อมูลเกี่ยวกับ ลำดับกรดอะมิโน

- ผู้รับ- ยีนไม่มีข้อมูลทางพันธุกรรมเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีน แต่จะควบคุมการทำงานของยีนโครงสร้าง

ก่อนที่ยีนโครงสร้างกลุ่มหนึ่งจะเป็นยีนทั่วไปสำหรับพวกมัน - ผู้ประกอบการ,และต่อหน้าเขา โปรโมเตอร์. โดยทั่วไปจะเรียกหมู่ฟังก์ชันนี้ว่า ขนนก

ยีนทั้งกลุ่มของหนึ่งโอเปอเรเตอร์รวมอยู่ในกระบวนการสังเคราะห์และถูกปิดพร้อมกัน การเปิดและปิดยีนโครงสร้างเป็นสาระสำคัญของกระบวนการควบคุมทั้งหมด

ฟังก์ชั่นการเปิดและปิดดำเนินการโดยส่วนพิเศษของโมเลกุล DNA - ผู้ดำเนินการยีนตัวดำเนินการของยีนเป็นจุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์โปรตีนหรืออย่างที่พวกเขากล่าวว่า "การอ่าน" ข้อมูลทางพันธุกรรม ไกลออกไปในโมเลกุลเดียวกันในระยะหนึ่งคือยีน - ตัวควบคุมซึ่งผลิตโปรตีนที่เรียกว่ารีเพรสเซอร์ภายใต้การควบคุม

จากที่กล่าวมาทั้งหมด จะเห็นได้ว่า การสังเคราะห์โปรตีนทำได้ยากมาก ระบบพันธุกรรมของเซลล์ที่ใช้กลไกการกดขี่และการเหนี่ยวนำสามารถรับสัญญาณเกี่ยวกับความจำเป็นในการเริ่มต้นและสิ้นสุดการสังเคราะห์เอนไซม์เฉพาะและดำเนินกระบวนการนี้ในอัตราที่กำหนด

ปัญหาของการควบคุมการทำงานของยีนในสิ่งมีชีวิตระดับสูงนั้นมีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมากในการเลี้ยงสัตว์และการแพทย์ การจัดตั้งปัจจัยที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนจะเปิดโอกาสอย่างกว้างขวางสำหรับการควบคุมออนโทจีนี สร้างสัตว์ที่ให้ผลผลิตสูง เช่นเดียวกับสัตว์ที่ต้านทานต่อโรคที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม

คำถามควบคุม:

1. บอกคุณสมบัติของยีน

2. ยีนคืออะไร?

3. DNA, RNA มีความสำคัญทางชีวภาพอย่างไร

4. บอกชื่อขั้นตอนของการสังเคราะห์โปรตีน

5. แสดงรายการคุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม