Bir hücrede protein sentezinin nasıl gerçekleştiğinin kısa açıklaması. Protein biyosentezi: kısa ve anlaşılır
Proteinlerin hücre ve vücuttaki rolü
Proteinin hücre yaşamındaki rolü ve sentezinin ana aşamaları. Ribozomların yapısı ve görevleri. Ribozomların protein sentezindeki rolü.
Proteinler, hücre ve vücudun yaşam süreçlerinde son derece önemli bir rol oynarlar, aşağıdaki işlevlerle karakterize edilirler.
Yapısal. Hücre içi yapıların, dokuların ve organların bir parçasıdırlar. Örneğin, kollajen ve elastin, bağ dokusunun bileşenleri olarak işlev görür: kemikler, tendonlar, kıkırdak; fibroin, ipek-örümcek ağlarının bir parçasıdır; keratin, epidermisin ve türevlerinin (saç, boynuz, tüy) bir parçasıdır. Virüslerin kabuklarını (kapsitler) oluştururlar.
enzimatik. Hücredeki tüm kimyasal reaksiyonlar, biyolojik katalizörlerin - enzimlerin (oksidoredüktaz, hidrolaz, ligaz, transferaz, izomeraz ve liyaz) katılımıyla devam eder.
Düzenleyici.Örneğin, insülin ve glukagon hormonları glikoz metabolizmasını düzenler. Histon proteinleri, kromatinin uzamsal organizasyonunda yer alır ve bu nedenle gen ekspresyonunu etkiler.
Ulaşım. Hemoglobin, omurgalıların kanında oksijen, bazı omurgasızların hemolimfinde hemosiyanin, kaslarda miyoglobin taşır. Serum albümini, yağ asitlerini, lipitleri vb. taşımaya yarar. Membran taşıma proteinleri, maddelerin hücre zarları (Na +, K + -ATPase) yoluyla aktif taşınmasını sağlar. Sitokromlar, mitokondri ve kloroplastların elektron taşıma zincirleri boyunca elektron transferini gerçekleştirir.
Koruyucu.Örneğin antikorlar (immünoglobulinler), bakteriyel antijenler ve yabancı proteinlerle kompleksler oluşturur. İnterferonlar, enfekte bir hücrede viral protein sentezini bloke eder. Fibrinojen ve trombin, kan pıhtılaşma süreçlerinde yer alır.
Kontraktil (motor). Proteinler aktin ve miyosin, kas kasılması ve hücre iskeleti elemanlarının kasılması işlemlerini sağlar.
Sinyal (reseptör). Hücre zarı proteinleri, reseptörlerin ve yüzey antijenlerinin bir parçasıdır.
depolama proteinleri. Süt kazeini, yumurta albümini, ferritin (dalakta demir depolar).
Protein toksinleri. difteri toksini.
Enerji fonksiyonu. 1 g proteinin son metabolik ürünlere (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) parçalanması ile 17,6 kJ veya 4,2 kcal enerji açığa çıkar.
Protein biyosentezi her canlı hücrede gerçekleşir. Organellerinin inşası için proteinlerin sentezlendiği genç büyüyen hücrelerde ve ayrıca enzim proteinlerinin ve hormon proteinlerinin sentezlendiği salgı hücrelerinde en aktiftir.
Ana rol proteinlerin yapısını belirlemede DNA'ya aittir. Tek bir proteinin yapısı hakkında bilgi içeren DNA parçasına gen denir. Bir DNA molekülü birkaç yüz gen içerir. Bir DNA molekülü, kesinlikle birleşmiş nükleotitler biçimindeki bir proteindeki amino asitlerin dizisi için bir kod içerir.
Protein sentezi - matris sentezi ilkesine göre ilerleyen bir sentetik reaksiyonlar zincirini temsil eden karmaşık çok aşamalı bir işlem.
Protein biyosentezinde, hücrenin farklı bölümlerinde gerçekleşen aşağıdaki aşamalar belirlenir:
İlk aşama - i-RNA sentezi, DNA geninde bulunan bilgilerin i-RNA'ya yeniden yazıldığı çekirdekte gerçekleşir. Bu sürece transkripsiyon denir (Latince "transkript" ten - yeniden yazma).
ikinci aşamada amino asitlerin, sırayla üç nükleotidden oluşan t-RNA molekülleri ile bir bağlantısı vardır - üçlü kodonunun belirlendiği antikodonlar.
Üçüncü sahne - bu, translasyon adı verilen polipeptit bağlarının doğrudan sentezi işlemidir. Ribozomlarda gerçekleşir.
dördüncü aşamada proteinin ikincil ve üçüncül yapısının oluşumu, yani proteinin nihai yapısının oluşumu.
Böylece, protein biyosentezi sürecinde, DNA'da gömülü olan kesin bilgilere göre yeni protein molekülleri oluşur. Bu süreç, proteinlerin yenilenmesini, metabolik süreçleri, hücrelerin büyümesini ve gelişmesini, yani hücre hayati aktivitesinin tüm süreçlerini sağlar.
Vücutta meydana gelen süreçleri incelemek için hücresel düzeyde neler olduğunu bilmeniz gerekir. Proteinlerin önemli bir rol oynadığı yer. Sadece işlevlerini değil, aynı zamanda yaratılış sürecini de incelemek gerekir. Bu nedenle kısa ve net bir şekilde açıklamak önemlidir. 9. sınıf bunun için en uygun olanıdır. Öğrencilerin bu konuyu anlamak için yeterli bilgiye sahip olduğu bu aşamadadır.
Proteinler - nedir ve ne için?
Bu makromoleküler bileşikler, herhangi bir organizmanın yaşamında büyük bir rol oynar. Proteinler polimerlerdir, yani birçok benzer “parçadan” oluşurlar. Sayıları birkaç yüz ile binlerce arasında değişebilir.
Proteinler hücrede birçok işlevi yerine getirir. Rolleri daha yüksek organizasyon seviyelerinde de büyüktür: dokular ve organlar büyük ölçüde çeşitli proteinlerin doğru çalışmasına bağlıdır.
Örneğin, tüm hormonlar protein kökenlidir. Ancak vücuttaki tüm süreçleri kontrol eden bu maddelerdir.
Hemoglobin de bir proteindir, merkezde bir demir atomu ile birbirine bağlanan dört zincirden oluşur. Bu yapı eritrositlerin oksijen taşımasını sağlar.
Tüm zarların protein içerdiğini hatırlayın. Maddelerin hücre zarından taşınması için gereklidirler.
Protein moleküllerinin açık ve sorgusuz sualsiz yerine getirdikleri daha birçok işlevi vardır. Bu şaşırtıcı bileşikler, yalnızca hücredeki rollerinde değil, yapılarında da çok çeşitlidir.
sentez nerede gerçekleşir
Ribozom, "protein biyosentezi" adı verilen sürecin ana kısmının gerçekleştiği organeldir. Farklı okullardaki 9. sınıflar, biyoloji çalışmak için müfredatta farklılık gösterir, ancak birçok öğretmen, çeviri çalışmadan önce organeller hakkında önceden materyal verir.
Bu nedenle, öğrencilerin işlenen materyali hatırlaması ve pekiştirmesi zor olmayacaktır. Her seferinde bir organel üzerinde yalnızca bir polipeptit zinciri oluşturulabileceğini bilmelisiniz. Bu da hücrenin tüm ihtiyaçlarını karşılamaya yetmez. Bu nedenle, çok sayıda ribozom vardır ve çoğu zaman endoplazmik retikulum ile birleştirilirler.
Bu tür EPS'ye kaba denir. Bu tür bir "işbirliğinin" faydası açıktır: sentezden hemen sonra, protein taşıma kanalına girer ve gecikmeden hedefine gönderilebilir.
Ancak en baştan, yani DNA'dan bilgi okunmasını hesaba katarsak, o zaman canlı bir hücrede protein biyosentezinin çekirdekte başladığını söyleyebiliriz. Genetik kodun sentezlendiği yer burasıdır.
Gerekli malzemeler amino asitlerdir, sentez yeri ribozomdur.
Protein biyosentezinin nasıl ilerlediğini kısaca ve net bir şekilde açıklamak zor gibi görünüyor, işlem şeması ve çok sayıda çizim basitçe gerekli. Tüm bilgileri iletmeye yardımcı olacaklar ve öğrenciler daha kolay hatırlayabilecekler.
Her şeyden önce, sentez için bir "yapı malzemesine" - amino asitlere ihtiyacınız var. Bazıları vücut tarafından üretilir. Diğerleri sadece yiyeceklerden elde edilebilir, bunlara vazgeçilmez denir.
Toplam amino asit sayısı yirmidir, ancak uzun bir zincir halinde düzenlenebilecekleri çok sayıda seçenek nedeniyle, protein molekülleri çok çeşitlidir. Bu asitler yapı olarak benzerdir, ancak radikallerde farklılık gösterir.
Ortaya çıkan zincirin hangi yapıya “katlanacağını”, diğer zincirlerle dörtlü bir yapı oluşturup oluşturmayacağını ve ortaya çıkan makromolekülün hangi özelliklere sahip olacağını belirleyen, her bir amino asidin bu parçalarının özellikleridir.
Protein biyosentezi süreci sitoplazmada basitçe ilerleyemez, bir ribozoma ihtiyacı vardır. büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşur. Dinlenme halindeyken ayrılırlar, ancak sentez başlar başlamaz hemen bağlanırlar ve çalışmaya başlarlar.
Böyle farklı ve önemli ribonükleik asitler
Bir amino asidi ribozoma getirmek için taşıma adı verilen özel bir RNA'ya ihtiyacınız vardır. tRNA olarak kısaltılır. Bu tek sarmallı yonca yaprağı molekülü, tek bir amino asidi serbest ucuna bağlayabilir ve onu protein sentezi bölgesine taşıyabilir.
Protein sentezinde yer alan başka bir RNA'ya matris (bilgi) denir. Eşit derecede önemli bir sentez bileşeni taşır - ortaya çıkan protein zincirine hangi amino asidin ne zaman zincirleneceğini açıkça belirten bir kod.
Bu molekül tek sarmallı bir yapıya sahiptir, DNA'nın yanı sıra nükleotitlerden oluşur. Bu nükleik asitlerin birincil yapısında, RNA ve DNA ile ilgili karşılaştırmalı makalede okuyabileceğiniz bazı farklılıklar vardır.
mRNA proteininin bileşimi hakkında bilgi, genetik kodun ana sorumlusu olan DNA'dan alınır. mRNA'yı okuma ve sentezleme işlemine transkripsiyon denir.
Ortaya çıkan mRNA'nın ribozoma gönderildiği çekirdekte meydana gelir. DNA'nın kendisi çekirdeği terk etmez, görevi yalnızca genetik kodu korumak ve bölünme sırasında yavru hücreye aktarmaktır.
Yayının ana katılımcılarının özet tablosu
Protein biyosentezini kısa ve öz bir şekilde açıklamak için bir tablo yeterlidir. İçinde, çeviri adı verilen bu süreçteki tüm bileşenleri ve rollerini yazacağız.
Bir protein zinciri oluşturma süreci üç aşamaya ayrılır. Her birine daha ayrıntılı olarak bakalım. Bundan sonra protein biyosentezini kısa ve anlaşılır bir şekilde isteyen herkese kolayca anlatabilirsiniz.
Başlatma - sürecin başlangıcı
Bu, ribozomun küçük alt biriminin ilk tRNA ile birleştiği çevirinin ilk aşamasıdır. Bu ribonükleik asit, metionin amino asidini taşır. Çeviri her zaman bu amino asitle başlar, çünkü başlangıç kodonu protein zincirindeki bu ilk monomeri kodlayan AUG'dir.
Ribozomun start kodonunu tanıması ve AUG sekansının da görünebileceği genin ortasından senteze başlamaması için start kodonunun çevresinde özel bir nükleotit sekansı bulunur. Ribozom, küçük alt biriminin oturması gereken yeri onlardan tanır.
mRNA ile kompleksin oluşumundan sonra başlatma aşaması sona erer. Ve çevirinin ana aşaması başlıyor.
Uzama - sentezin ortası
Bu aşamada, protein zincirinin kademeli olarak birikmesi meydana gelir. Uzama süresi, proteindeki amino asitlerin sayısına bağlıdır.
Her şeyden önce, ribozomun büyük alt birimi küçük alt birime bağlanır. Ve ilk t-RNA tamamen onun içinde. Dışarıda sadece metionin kalır. Daha sonra, başka bir amino asidi taşıyan ikinci bir t-RNA, büyük alt birime girer.
mRNA'daki ikinci kodon yonca yaprağının tepesindeki antikodonla eşleşirse, ikinci amino asit birinciye bir peptid bağıyla bağlanır.
Bundan sonra ribozom, m-RNA boyunca tam olarak üç nükleotid (bir kodon) boyunca hareket eder, birinci t-RNA metionini kendisinden ayırır ve kompleksten ayırır. Onun yerine, sonunda zaten iki amino asit bulunan ikinci bir t-RNA vardır.
Daha sonra üçüncü bir tRNA büyük alt birime girer ve süreç tekrar eder. Ribozom, mRNA'da çevirinin sonunu işaret eden bir kodona çarpana kadar devam edecektir.
Sonlandırma
Bu aşama son aşama, bazılarına çok acımasız gelebilir. Bir polipeptit zinciri oluşturmak için çok uyumlu bir şekilde çalışan tüm moleküller ve organeller, ribozom bir terminal kodonuna çarptığı anda durur.
Herhangi bir amino asidi kodlamaz, bu nedenle büyük alt birime giren tRNA'ların tümü bir uyumsuzluk nedeniyle reddedilecektir. Bitmiş proteini ribozomdan ayıran sonlandırma faktörlerinin devreye girdiği yer burasıdır.
Organelin kendisi ya iki alt birime bölünebilir ya da yeni bir başlangıç kodonu aramak için mRNA'da devam edebilir. Bir mRNA aynı anda birkaç ribozoma sahip olabilir. Her biri kendi çeviri aşamasındadır.Yeni oluşturulan proteine, hedefinin herkes için net olacağı işaretler sağlanır. Ve EPS ile ihtiyaç duyulan yere gönderilecektir.
Protein biyosentezinin rolünü anlamak için, hangi işlevleri yerine getirebileceğini incelemek gerekir. Zincirdeki amino asitlerin dizisine bağlıdır. İkincil, üçüncül ve bazen dörtlü (varsa) ve hücredeki rolünü belirleyen özellikleridir. Bu konuyla ilgili bir makalede protein moleküllerinin işlevleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.
Yayıncılık hakkında daha fazla bilgi edinme
Bu makalede, canlı bir hücrede protein biyosentezi açıklanmaktadır. Elbette konuyu daha derinlemesine incelerseniz süreci tüm detaylarıyla anlatmak sayfalarca zaman alacaktır. Ancak yukarıdaki materyal genel bir fikir için yeterli olacaktır.Bilim adamlarının çevirinin tüm aşamalarını simüle ettikleri video materyalleri anlamak için çok yararlı olabilir. Bazıları Rusçaya çevrildi ve öğrenciler için mükemmel bir rehber veya sadece bir eğitim videosu olarak hizmet edebilir.
Konuyu daha iyi anlamak için ilgili konulardaki diğer makaleleri okumalısınız. Örneğin, proteinlerin işlevleri hakkında veya hakkında.
Protein biyosentezi süreci hücre için son derece önemlidir. Proteinler, dokularda önemli rol oynayan karmaşık maddeler oldukları için vazgeçilmezdirler. Bu nedenle hücrede, çeşitli organellerde ilerleyen tam bir protein biyosentezi zinciri gerçekleşir. Bu, hücre çoğalmasını ve var olma olasılığını garanti eder.
Protein biyosentezi sürecinin özü
Protein sentezi için tek yer pürüzlüdür, polipeptit zincirinin oluşumundan sorumlu olan ribozomların büyük kısmı burasıdır. Ancak translasyon aşaması (protein sentezi süreci) başlamadan önce, protein yapısı hakkında bilgi depolayan genin aktivasyonu gereklidir. Bundan sonra, DNA'nın (veya bakteriyel biyosentez düşünülürse RNA'nın) bu bölümünün kopyalanması gerekir.
DNA'nın kopyalanmasından sonra haberci RNA oluşturma işlemi gereklidir. Buna dayanarak, protein zincirinin sentezi gerçekleştirilecektir. Ayrıca nükleik asitlerin katılımıyla meydana gelen tüm adımların gerçekleşmesi gerekir. Ancak protein sentezinin gerçekleştiği yer burası değildir. biyosentez için hazırlığın gerçekleştiği yer.
Ribozomal protein biyosentezi
Protein sentezinin gerçekleştiği asıl yer, iki alt birimden oluşan hücre organelidir. Hücrede çok sayıda bu tür yapı vardır ve bunlar esas olarak kaba endoplazmik retikulumun zarlarında bulunur. Biyosentez şu şekilde gerçekleşir: Hücre çekirdeğinde oluşan haberci RNA, nükleer gözeneklerden sitoplazmaya çıkar ve ribozom ile buluşur. Daha sonra mRNA, ribozomun alt birimleri arasındaki boşluğa itilir ve ardından ilk amino asit sabitlenir.
Amino asitler, bir seferde bir amino asit getirebilen böyle bir molekülün yardımıyla protein sentezinin gerçekleştiği bölgeye sağlanır. Haberci RNA'nın kodon dizisine bağlı olarak sırayla birleşirler. Ayrıca sentez bir süre durabilir.
mRNA boyunca hareket ederken, ribozom amino asitleri kodlamayan bölgelere (intronlar) girebilir. Bu yerlerde, ribozom basitçe mRNA boyunca hareket eder, ancak zincire hiçbir amino asit eklenmez. Ribozom, ekzona, yani asidi kodlayan bölgeye ulaşır ulaşmaz, polipeptide yeniden bağlanır.
Proteinlerin postsentetik modifikasyonu
Ribozom, haberci RNA'nın durdurma kodonuna ulaştıktan sonra, doğrudan sentez işlemi tamamlanır. Ancak ortaya çıkan molekül birincil bir yapıya sahiptir ve kendisine ayrılan işlevleri henüz yerine getiremez. Tam olarak çalışabilmesi için, bir molekülün belirli bir yapıda organize edilmesi gerekir: ikincil, üçüncül ve hatta daha karmaşık - dörtlü.
Bir proteinin yapısal organizasyonu
İkincil yapı, yapısal organizasyonun ilk aşamasıdır. Bunu başarmak için, birincil polipeptit zincirinin kıvrılması (alfa sarmalları oluşturması) veya katlanması (beta katmanları oluşturması) gerekir. Daha sonra, uzunluk boyunca daha da az yer kaplamak için, hidrojen, kovalent ve iyonik bağların yanı sıra atomlar arası etkileşimler nedeniyle molekül daha da büzülür ve bir top şeklinde kıvrılır. Böylece, bir küresel elde ederiz
Kuaterner protein yapısı
Kuaterner yapı, hepsinin en karmaşık olanıdır. Polipeptitin fibriler filamanları ile birbirine bağlanan küresel bir yapıya sahip birkaç bölümden oluşur. Ek olarak, üçüncül ve dördüncül yapı, protein fonksiyonlarının spektrumunu genişleten bir karbonhidrat veya lipid kalıntısı içerebilir. Özellikle glikoproteinler, protein ve karbonhidrat, immünoglobülinlerdir ve koruyucu bir işlev görürler. Ayrıca, glikoproteinler hücre zarlarında bulunur ve reseptör olarak çalışır. Bununla birlikte, molekül, protein sentezinin meydana geldiği yerde değil, düz endoplazmik retikulumda modifiye edilir. Burada lipidlerin, metallerin ve karbonhidratların protein alanlarına bağlanma olasılığı vardır.
İlk olarak, transkripsiyondan başlayarak protein biyosentezindeki adımların sırasını belirleyin. Protein moleküllerinin sentezi sırasında meydana gelen tüm işlem dizisi 2 aşamada birleştirilebilir:
Transkripsiyon.
Yayın.
Kalıtsal bilginin yapısal birimleri genlerdir - DNA molekülünün belirli bir proteinin sentezini kodlayan bölümleri. Kimyasal organizasyon açısından, pro- ve ökaryotların kalıtım materyali ve değişkenliği temelde farklı değildir. İçlerindeki genetik materyal DNA molekülünde sunulur, kalıtsal bilgilerin ve genetik kodun kaydedilmesi prensibi de yaygındır. Pro- ve ökaryotlardaki aynı amino asitler, aynı kodonlar tarafından şifrelenir.
Modern prokaryotik hücrelerin genomu, nispeten küçük bir boyutla karakterize edilir, Escherichia coli'nin DNA'sı, yaklaşık 1 mm uzunluğunda bir halka şeklindedir. Yaklaşık 4000 gen oluşturan 4 x 10 6 baz çifti içerir. 1961'de F. Jacob ve J. Monod, tamamen kodlayıcı nükleotid dizilerinden oluşan ve tamamen protein sentezi sırasında gerçekleşen prokaryotik genlerin cistronic veya sürekli organizasyonunu keşfettiler. Prokaryotların DNA molekülünün kalıtsal materyali, doğrudan hücrenin sitoplazmasında bulunur, burada gen ekspresyonu için gerekli tRNA ve enzimler de bulunur.Expression, genlerin fonksiyonel aktivitesi veya gen ekspresyonudur. Bu nedenle, DNA ile sentezlenen mRNA, protein sentezinin translasyonu sürecinde hemen bir şablon görevi görebilir.
Ökaryotik genom çok daha fazla kalıtsal materyal içerir. İnsanlarda, diploid kromozom setindeki toplam DNA uzunluğu yaklaşık 174 cm'dir, 3 x 10 9 baz çifti içerir ve 100.000'e kadar gen içerir. 1977'de çoğu ökaryotik genin yapısında "mozaik" gen olarak adlandırılan bir süreksizlik keşfedildi. Kodlayan nükleotit dizilerine sahiptir dışsal ve intron araziler. Protein sentezi için sadece ekzon bilgisi kullanılır. İntron sayısı farklı genlerde değişiklik gösterir. Tavuk ovalbümin geninin 7 intron, memeli prokollajen geni - 50 içerdiği tespit edilmiştir. Sessiz DNA - intronların işlevleri tam olarak aydınlatılamamıştır. Sağladıkları varsayılmaktadır: 1) kromatinin yapısal organizasyonu; 2) bazıları açıkça gen ifadesinin düzenlenmesinde yer almaktadır; 3) intronlar, değişkenlik için bir bilgi deposu olarak düşünülebilir; 4) mutajenlerin etkisini üstlenerek koruyucu bir rol oynayabilirler.
Transkripsiyon
Hücre çekirdeğindeki bilgilerin bir DNA molekülünün bir kısmından bir mRNA molekülüne (mRNA) yeniden yazılması işlemine denir. transkripsiyon(lat. Transcriptio - yeniden yazma). Genin birincil ürünü olan mRNA sentezlenir. Bu, protein sentezindeki ilk adımdır. DNA'nın ilgili bölümünde, RNA polimeraz enzimi, transkripsiyonun başladığının işaretini tanır - Ön izleme Başlangıç noktası, enzim tarafından RNA transkriptine dahil edilen ilk DNA nükleotidi olarak kabul edilir. Kural olarak, kodlama bölgeleri AUG kodonu ile başlar, bazen bakterilerde GUG kullanılır. RNA polimeraz promotöre bağlandığında, DNA çift sarmalı lokal olarak çözülür ve sarmallardan biri tamamlayıcılık ilkesine göre kopyalanır. mRNA sentezlenir, montaj hızı saniyede 50 nükleotite ulaşır. RNA polimeraz hareket ettikçe, mRNA zinciri büyür ve enzim kopyalama bölgesinin sonuna ulaştığında - sonlandırıcı, mRNA şablondan uzaklaşır. Enzimin arkasındaki DNA çift sarmalı onarılır.
Prokaryotların transkripsiyonu sitoplazmada gerçekleşir. DNA'nın tamamen kodlayıcı nükleotit dizilerinden oluşması nedeniyle, sentezlenen mRNA hemen çeviri için bir şablon görevi görür (yukarıya bakın).
Ökaryotlarda mRNA'nın transkripsiyonu çekirdekte gerçekleşir. Olgunlaşmamış veya nükleer RNA olarak adlandırılan büyük moleküllerin - öncüllerin (pro-mRNA) senteziyle başlar.Gen birincil ürünü - pro-mRNA, kopyalanan DNA bölgesinin tam bir kopyasıdır, eksonları ve intronları içerir. Öncülerden olgun RNA moleküllerinin oluşum sürecine denir. işleme. mRNA olgunlaşması şu şekilde gerçekleşir: ekleme enzimler tarafından yapılan kesimlerdir kısıtlayıcı intronlar ve ligaz enzimleri tarafından kopyalanan ekzon dizileri ile sitelerin bağlantısı. (Şek.) Olgun mRNA, pro-mRNA öncü moleküllerinden çok daha kısadır, içlerindeki intronların boyutu 100 ila 1000 nükleotit veya daha fazlası arasında değişir. İntronlar, tüm olgunlaşmamış mRNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur.
Artık bunun mümkün olduğu gösterildi alternatif birleştirme, nükleotit dizilerinin, farklı bölgelerindeki bir birincil transkriptten silinebildiği ve birkaç olgun mRNA'nın oluşturulacağı. Bu tip ekleme, memelilerdeki immünoglobulin gen sisteminin karakteristiğidir ve bu, tek bir mRNA transkriptine dayalı olarak farklı tipte antikorların oluşturulmasını mümkün kılar.
İşleme tamamlandıktan sonra, çekirdekten ayrılmadan önce olgun mRNA seçilir. Olgun mRNA'nın sadece %5'inin sitoplazmaya girdiği ve geri kalanının çekirdekte bölündüğü tespit edilmiştir.
Yayın
Tercüme (lat. Translatio - transfer, transfer) - mRNA molekülünün nükleotit sekansında bulunan bilgilerin polipeptit zincirinin amino asit sekansına tercümesi (Şekil 10). Bu, protein sentezinin ikinci aşamasıdır. Olgun mRNA'nın nükleer zarfın gözeneklerinden aktarılması, RNA molekülü ile bir kompleks oluşturan özel proteinler üretir. mRNA taşınmasına ek olarak, bu proteinler mRNA'yı sitoplazmik enzimlerin zararlı etkilerinden korur. Çeviri sürecinde, tRNA'lar merkezi bir rol oynar; amino asidin mRNA üçlüsünün koduna tam olarak karşılık gelmesini sağlarlar. Translasyon-kod çözme işlemi ribozomlarda meydana gelir ve 5'ten 3'e doğru gerçekleştirilir. MRNA ve ribozom kompleksine polisom denir.
Tercüme üç aşamaya ayrılabilir: başlatma, uzatma ve sonlandırma.
Başlatma
Bu aşamada, protein molekülünün sentezinde yer alan tüm kompleks toplanır. Belirli bir mRNA bölgesinde iki ribozom alt biriminin birleşmesi vardır, buna ilk aminoasil - tRNA eklenir ve bu, bilgi okuma çerçevesini oluşturur. Herhangi bir mRNA molekülü, ribozomun küçük alt biriminin rRNA'sına tamamlayıcı olan ve spesifik olarak onun tarafından kontrol edilen bir bölge içerir. Yanında metionin amino asidini kodlayan başlatıcı başlangıç kodonu AUG bulunur.
Uzama
- ilk peptit bağının oluştuğu andan son amino asidin bağlanmasına kadar olan tüm reaksiyonları içerir. Ribozom, iki tRNA molekülünün bağlanması için iki bölgeye sahiptir. Amino asit metiyonin içeren ilk t-RNA, peptidil (P) adlı bir bölümde bulunur ve herhangi bir protein molekülünün sentezi ondan başlar. İkinci t-RNA molekülü, ribozomun ikinci bölgesine - aminoasil (A) girer ve kodonuna bağlanır. Metiyonin ile ikinci amino asit arasında peptit bağı kurulur. İkinci tRNA, mRNA kodonu ile birlikte peptidil merkezine hareket eder. tRNA'nın polipeptit zinciri ile aminoasil merkezinden peptidil merkezine hareketine, ribozomun mRNA boyunca bir kodona karşılık gelen bir adımla ilerlemesi eşlik eder. Metionini ileten tRNA, sitoplazmaya geri döner ve amnoasil merkezi salınır. Bir sonraki kodon tarafından şifrelenmiş bir amino asit ile yeni bir t-RNA alır. Üçüncü ve ikinci amino asitler arasında bir peptit bağı oluşur ve üçüncü tRNA, mRNA kodonu ile birlikte peptidil merkezine hareket eder Uzama işlemi, protein zincirinin uzaması. Amino asitleri kodlamayan üç kodondan biri ribozoma girene kadar devam eder. Bu bir sonlandırıcı kodondur ve buna karşılık gelen bir tRNA yoktur, dolayısıyla tRNA'ların hiçbiri aminoasil merkezinde yer alamaz.
Sonlandırma
- polipeptit sentezinin tamamlanması. Sonlandırma kodonlarından (UAA, UAG, UGA) birinin aminoasil merkezine girdiğinde spesifik bir ribozomal protein tarafından tanınması ile ilişkilidir. Ribozoma, ribozom alt birimlerinin ayrılmasını ve sentezlenmiş protein molekülünün salınmasını destekleyen özel bir sonlandırma faktörü eklenir. Peptidin son amino asidine su bağlanır ve karboksil ucu tRNA'dan ayrılır.
Peptit zincirinin montajı yüksek bir hızda gerçekleştirilir. 37°C sıcaklıktaki bakterilerde, polipeptide saniyede 12 ila 17 amino asit eklenmesiyle ifade edilir. Ökaryotik hücrelerde, bir polipeptide bir saniyede iki amino asit eklenir.
Sentezlenen polipeptit zinciri daha sonra, protein molekülünün yapımının tamamlandığı Golgi kompleksine girer (arka arkaya ikinci, üçüncü, dördüncü yapılar görünür). Burada protein moleküllerinin yağ ve karbonhidratlarla bir kompleksi vardır.
Protein biyosentezinin tüm süreci bir şema şeklinde sunulur: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptit zinciri ® protein ® protein kompleksi ve bunların fonksiyonel olarak aktif moleküllere dönüşümü.
Kalıtsal bilginin uygulanma aşamaları da benzer şekilde ilerler: önce mRNA'nın nükleotit dizisine kopyalanır ve ardından tRNA'nın katılımıyla ribozomlar üzerindeki polipeptitin amino asit dizisine çevrilir.
Ökaryotların transkripsiyonu, üç nükleer RNA polimerazın etkisi altında gerçekleştirilir. RNA polimeraz 1, nükleolde bulunur ve rRNA genlerinin transkripsiyonundan sorumludur. RNA polimeraz 2 nükleer özsuyunda bulunur ve mRNA öncüsünün sentezinden sorumludur. RNA polimeraz 3, küçük rRNA'ları ve tRNA'ları sentezleyen nükleer özsuyundaki küçük bir fraksiyondur. RNA polimerazlar, transkripsiyon promotörünün nükleotit dizisini spesifik olarak tanır. Ökaryotik mRNA önce bir öncü (pro-mRNA) olarak sentezlenir, ekzonlardan ve intronlardan gelen bilgiler buna yazılır. Sentezlenen mRNA, çeviri için gerekenden daha büyüktür ve daha az kararlıdır.
MRNA molekülünün olgunlaşma sürecinde restriksiyon enzimleri yardımıyla intronlar kesilir ve ligaz enzimleri yardımıyla eksonlar birbirine dikilir. mRNA'nın olgunlaşmasına işleme denir ve ekzonların birleşmesi ekleme olarak adlandırılır. Bu nedenle, olgun mRNA yalnızca ekson içerir ve selefi olan pro-mRNA'dan çok daha kısadır. İntron boyutları 100 ila 10.000 nükleotit veya daha fazla arasında değişir. İntonlar, tüm olgunlaşmamış mRNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur. Şu anda, farklı bölgelerindeki bir birincil transkriptten nükleotid dizilerinin silinebildiği ve birkaç olgun mRNA'nın oluşturulacağı alternatif ekleme olasılığı kanıtlanmıştır. Bu tip ekleme, memelilerdeki immünoglobulin gen sisteminin karakteristiğidir ve bu, tek bir mRNA transkriptine dayalı olarak farklı tipte antikorların oluşturulmasını mümkün kılar. İşleme tamamlandıktan sonra, olgun mRNA çekirdekten sitoplazmaya salınmadan önce seçilir. Olgun mRNA'nın sadece %5'inin girdiği ve geri kalanının çekirdekte bölündüğü tespit edilmiştir. Ökaryotik genlerin birincil transkripsiyonlarının, ekzon-intron organizasyonlarıyla ilişkili ve olgun mRNA'nın çekirdekten sitoplazmaya geçişi ile bağlantılı olarak dönüşümü, ökaryotların genetik bilgisinin gerçekleştirilme özelliklerini belirler. Bu nedenle ökaryotik mozaik geni, bir cistronome geni değildir, çünkü DNA dizisinin tamamı protein sentezi için kullanılmaz.
Genetiğin ana sorusu protein sentezi sorusudur. DNA ve RNA'nın yapısı ve sentezi hakkındaki verileri özetleyen Crick, 1960 yılında. 3 hükümlere dayanan bir protein sentezi matris teorisi önerdi:
1. DNA ve RNA'nın azotlu bazlarının tamamlayıcılığı.
2. Bir DNA molekülündeki genlerin konumunun doğrusal dizisi.
3. Kalıtsal bilginin aktarımı sadece nükleik asitten nükleik aside veya proteine olabilir.
Proteinden proteine kalıtsal bilginin aktarımı imkansızdır. Bu nedenle, yalnızca nükleik asitler protein sentezi için bir şablon olabilir.
Protein sentezi şunları gerektirir:
1. Üzerinde moleküllerin sentezlendiği DNA (genler).
2. RNA - (i-RNA) veya (m-RNA), r-RNA, t-RNA
Protein sentezi sürecinde aşamalar ayırt edilir: transkripsiyon ve çeviri.
Transkripsiyon- DNA'dan RNA'ya (t-RNA ve RNA, r-RNA) nükleik yapı hakkında bilgi sayımı (yeniden yazma).
Kalıtsal bilgilerin okunması, DNA'nın promotör adı verilen belirli bir bölümü ile başlar. Promotör, genden önce bulunur ve yaklaşık 80 nükleotid içerir.
DNA molekülünün dış zincirinde, protein sentezi için bir matris görevi gören ve bu nedenle matris olarak adlandırılan i-RNA (ara madde) sentezlenir. DNA zincirindeki nükleotit dizisinin tam bir kopyasıdır.
DNA'da genetik bilgi içermeyen bölgeler (intronlar) vardır. DNA'nın bilgi içeren bölümlerine ekzon denir.
Çekirdekte intronları kesip çıkaran özel enzimler vardır ve ekzon fragmanları kesin bir sırayla ortak bir ipte "eklenir", bu işleme "ekleme" denir. Ekleme sırasında, protein sentezi için gerekli bilgileri içeren olgun mRNA oluşur. Olgun mRNA (matris RNA) nükleer zarın gözeneklerinden geçerek endoplazmik retikulumun (sitoplazma) kanallarına girer ve burada ribozomlarla birleşir.
Yayın- i-RNA'daki nükleotid dizisi, sentezlenmiş protein molekülündeki kesin olarak düzenlenmiş bir amino asit dizisine çevrilir.
Translasyon işlemi 2 aşama içerir: amino asitlerin aktivasyonu ve bir protein molekülünün doğrudan sentezi.
Bir mRNA molekülü, polisomları oluşturmak için 5-6 ribozoma bağlanır. Protein sentezi, ribozomlar boyunca hareket eden mRNA molekülü üzerinde gerçekleşir. Bu dönemde sitoplazmadaki amino asitler, mitokondriden salgılanan enzimlerin salgıladığı özel enzimler tarafından aktive edilir ve her birinin kendine özgü enzimi vardır.
Neredeyse anında amino asitler, mRNA molekülü için bir amino asit taşıyıcısı görevi gören ve taşıma (t-RNA) olarak adlandırılan düşük moleküler ağırlıklı çözünür bir RNA olan başka bir RNA türüne bağlanır. tRNA, amino asitleri ribozomlara, bu sırada mRNA molekülünün bulunduğu belirli bir yere taşır. Amino asitler daha sonra bir protein molekülü oluşturmak için peptit bağları ile birleştirilir. Protein sentezinin sonunda, molekül kademeli olarak mRNA'dan dökülüyor.
Bir mRNA molekülünde 10-20 protein molekülü ve bazı durumlarda çok daha fazlası oluşur.
Protein sentezindeki en belirsiz soru, tRNA'nın getirdiği amino asidin bağlanması gereken uygun mRNA bölgesini nasıl bulduğudur.
Sentezlenen proteindeki amino asitlerin dizilişini belirleyen azotlu bazların DNA'daki dizilişi genetik koddur.
Aynı kalıtsal bilgi nükleik asitlerde dört karakter (azotlu bazlar) ve proteinlerde yirmi (amino asit) ile "kaydedildiğinden". Genetik kod sorunu, aralarında bir yazışma kurmaya indirgenmiştir. Genetikçiler, fizikçiler ve kimyagerler, genetik kodun deşifre edilmesinde önemli bir rol oynadılar.
Genetik kodu deşifre etmek için her şeyden önce, bir amino asidin oluşumunu belirleyebilen (kodlayabilen) minimum nükleotit sayısının ne olduğunu bulmak gerekiyordu. 20 amino asidin her biri bir baz tarafından kodlansaydı, DNA'nın 20 farklı bazı olması gerekirdi, ama aslında sadece 4 tane vardır. Açıkçası, iki nükleotidin kombinasyonu da 20 amino asidi kodlamak için yeterli değildir. Sadece 16 amino asidi 4 2 = 16 kodlayabilir.
Ardından, kodun 3 nükleotit 4 3 = 64 kombinasyonu içerdiği ve bu nedenle herhangi bir protein oluşturmak için gereğinden fazla amino asidi kodlayabildiği önerildi. Üç nükleotidin bu kombinasyonuna üçlü kod denir.
Kod aşağıdaki özelliklere sahiptir:
1. Genetik kod üçlüdür(her amino asit üç nükleotit tarafından kodlanır).
2. Dejenerasyon- bir amino asit birkaç üçlü tarafından kodlanabilir, bunun istisnası triptofan ve metiyonindir.
3. Bir amino asidin kodonlarında ilk iki nükleotit aynıdır, üçüncüsü değişir.
4. örtüşmeyen– üçüzler birbiriyle örtüşmez. Bir üçlü diğerinin parçası olamaz, her biri bağımsız olarak kendi amino asidini kodlar. Bu nedenle, polipeptit zincirinde herhangi iki amino asit yakın olabilir ve bunların herhangi bir kombinasyonu mümkündür, yani. ABCDEFGHI baz dizisinde, ilk üç baz 1 amino asidi (ABC-1), (DEF-2) vb. kodlar.
5.Evrensel,şunlar. tüm organizmalarda belirli amino asitlerin kodonları aynıdır (papatyadan insanlara). Kodun evrenselliği, dünyadaki yaşamın birliğine tanıklık eder.
6. diz çökmek- mRNA'daki kodonların düzenlenmesinin, sentezlenmiş polipeptit zincirindeki amino asitlerin sırası ile çakışması.
Bir kodon, 1 amino asidi kodlayan bir nükleotit üçlüsüdür.
7. Anlamsız Herhangi bir amino asidi kodlamaz. Bu bölgede protein sentezi kesintiye uğrar.
Son yıllarda, genetik kodun evrenselliğinin mitokondride ihlal edildiği, mitokondrideki dört kodonun anlamlarını değiştirdiği, örneğin UGA kodonu - "DUR" yerine triptofana yanıtlar - protein sentezinin kesilmesi . AUA - "izolösin" yerine metionine karşılık gelir.
Mitokondride yeni kodonların keşfi, kodun evrimleştiğinin ve hemen böyle olmadığının kanıtı olabilir.
Bir genden bir protein molekülüne kalıtsal bilginin şematik olarak ifade edilebilmesine izin verin.
DNA - RNA - protein
Hücrelerin kimyasal bileşiminin incelenmesi, aynı organizmanın farklı dokularının, aynı sayıda kromozoma ve aynı genetik kalıtsal bilgiye sahip olmalarına rağmen, farklı bir protein molekülü seti içerdiğini göstermiştir.
Şu duruma dikkat çekiyoruz: tüm organizmanın tüm genlerinin her hücresinde bulunmasına rağmen, tek bir hücrede çok az sayıda gen çalışır - toplam sayının onda birinden yüzde birkaçına kadar. Kalan alanlar "sessizdir", özel proteinler tarafından bloke edilirler. Bu anlaşılabilir bir durumdur, örneğin hemoglobin genleri bir sinir hücresinde neden çalışır? Nasıl ki hücre hangi genlerin sessiz, hangilerinin çalışacağını dikte ediyorsa, hücrede de genlerin faaliyetlerini düzenleyen, hangi genlerin belirli bir anda aktif, hangilerinin aktif olması gerektiğini belirleyen mükemmel bir mekanizmaya sahip olduğu varsayılmalıdır. aktif olmayan (baskıcı) bir durumda. Fransız bilim adamları F. Jacobo ve J. Monod'a göre böyle bir mekanizmaya tümevarım ve baskı adı verildi.
indüksiyon- protein sentezinin uyarılması.
baskı- protein sentezinin inhibisyonu.
İndüksiyon, bir proteini veya enzimi sentezleyen ve hücre yaşamının bu aşamasında gerekli olan genlerin çalışmasını sağlar.
Hayvanlarda hücre zarı hormonları, gen regülasyonu sürecinde önemli bir rol oynar; tesislerde, çevre koşullarında ve diğer son derece uzmanlaşmış indüktörlerde.
Örnek: Besiyerine tiroid hormonu eklendiğinde iribaşların hızlı bir şekilde kurbağaya dönüşmesi gerçekleşir.
E (Coli) bakterisinin normal çalışması için süt şekeri (laktoz) gereklidir. Bakterilerin bulunduğu ortam laktoz içermiyorsa bu genler baskılayıcı durumdadır (yani işlev görmezler). Besiyerine verilen laktoz, enzimlerin sentezinden sorumlu genleri içeren bir indüktördür. Laktoz ortamdan uzaklaştırıldıktan sonra bu enzimlerin sentezi durur. Böylece, hücrede sentezlenen ve içeriği normu aşarsa veya tükenirse, bir baskılayıcı rolü oynayabilir.
Protein veya enzim sentezinde farklı gen türleri yer alır.
Tüm genler DNA molekülündedir.
İşlevleri aynı değildir:
- yapısal - bir enzimin veya proteinin sentezini etkileyen genler, DNA molekülünde sentez reaksiyonunun seyri üzerindeki etkilerinin sırasına göre sırayla bulunur veya yapısal genler de diyebilirsiniz - bunlar hakkında bilgi taşıyan genlerdir. amino asit dizisi.
- akseptör- genler, proteinin yapısı hakkında kalıtsal bilgi taşımazlar, yapısal genlerin çalışmalarını düzenlerler.
Bir grup yapısal gen onlar için ortak bir gen olmadan önce - Şebeke, ve onun önünde destekçi. Genel olarak, bu fonksiyonel grup denir tüylü.
Bir operonun tüm gen grubu, sentez sürecine dahil edilir ve aynı anda ondan kapatılır. Yapısal genleri açmak ve kapatmak, tüm düzenleme sürecinin özüdür.
Açma ve kapatma işlevi, DNA molekülünün özel bir bölümü tarafından gerçekleştirilir - gen operatörü Gen operatörü, protein sentezinin veya dedikleri gibi genetik bilginin "okunmasının" başlangıç noktasıdır. ayrıca aynı molekülde belli bir mesafede bir gen vardır - kontrolü altında baskılayıcı adı verilen bir proteinin üretildiği bir regülatör.
Yukarıdakilerin hepsinden, protein sentezinin çok zor olduğu görülebilir. Baskı ve indüksiyon mekanizmalarını kullanan hücre genetik sistemi, belirli bir enzimin sentezini başlatma ve bitirme ihtiyacı hakkında sinyaller alabilir ve bu işlemi belirli bir hızda gerçekleştirebilir.
Yüksek organizmalarda genlerin hareketini düzenleme sorunu, hayvancılık ve tıpta büyük pratik öneme sahiptir. Protein sentezini düzenleyen faktörlerin saptanması, ontogeneziyi kontrol etmek, yüksek verimli hayvanların yanı sıra kalıtsal hastalıklara dirençli hayvanlar yaratmak için geniş olanaklar sağlayacaktır.
Test soruları:
1. Genlerin özelliklerini adlandırın.
2. Gen nedir?
3. DNA, RNA'nın biyolojik önemi nedir?
4. Protein sentezinin aşamalarını adlandırın
5. Genetik kodun özelliklerini listeler.