Cele mai importante funcții ale organismului - metabolismul, creșterea, dezvoltarea, transmiterea eredității, mișcarea etc. - sunt realizate ca urmare a multor reacții chimice care implică proteine, acizi nucleici și alte substanțe biologic active. În același timp, în celule sunt sintetizați continuu diverși compuși: proteine ​​de construcție, proteine ​​enzimatice, hormoni. În cursul schimbului, aceste substanțe se uzează și sunt distruse, iar în locul lor se formează altele noi. Deoarece proteinele creează baza materială a vieții și accelerează toate reacțiile metabolice, activitatea vitală a celulei și a organismului în ansamblu este determinată de capacitatea celulelor de a sintetiza proteine ​​specifice. Structura lor primară este predeterminată de codul genetic din molecula de ADN.

Moleculele proteice constau din zeci și sute de aminoacizi (mai precis, din reziduuri de aminoacizi). De exemplu, există aproximativ 600 dintre ele într-o moleculă de hemoglobină și sunt distribuite în patru lanțuri polipeptidice; în molecula de ribonuclează există 124 de astfel de aminoacizi etc.

Moleculele joacă rolul principal în determinarea structurii primare a unei proteine ADN. Secțiunile sale diferite codifică sinteza diferitelor proteine, prin urmare, o moleculă de ADN este implicată în sinteza multor proteine ​​individuale. Proprietățile proteinelor depind de secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic. La rândul său, alternanța aminoacizilor este determinată de secvența nucleotidelor din ADN, iar fiecărui aminoacid îi corespunde un anumit triplet. S-a dovedit experimental că, de exemplu, o regiune ADN cu un triplet AAC corespunde aminoacidului leucină, un triplet ACC corespunde triptofanului, un triplet ACA corespunde cisteinei etc. Prin împărțirea moleculei de ADN în tripleți, ne putem imagina ce aminoacizi și în ce secvență vor fi localizați în molecula proteică. Setul de tripleți formează baza materială a genelor și fiecare genă conține informații despre structura unei anumite proteine ​​(o genă este unitatea biologică de bază a eredității; din punct de vedere chimic, o genă este un segment de ADN care include câteva sute de perechi de baze) .

cod genetic - organizarea istorică a moleculelor de ADN și ARN, în care secvența de nucleotide din ele poartă informații despre secvența de aminoacizi din moleculele de proteine. Proprietățile codului: triplet (codon), nesuprapunere (codonii se succed), specificitate (un codon poate determina un singur aminoacid în lanțul polipeptidic), universalitate (în toate organismele vii, același codon determină includerea aceluiași aminoacid în polipeptida), redundanță (pentru majoritatea aminoacizilor există mai mulți codoni). Tripleții care nu poartă informații despre aminoacizi sunt tripleți stop, indicând începutul sintezei i-ARN.(V.B. Zakharov. Biologie. Materiale de referință. M., 1997)

Deoarece ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, există un intermediar care transmite informații de la ADN la ribozomi. Ca un astfel de intermediar servește și ARN-ul, căruia îi este rescrisă secvența de nucleotide, exact în conformitate cu cea de pe ADN - după principiul complementarității. Acest proces a fost numit transcrieriși decurge ca o reacție de sinteză a matricei. Este caracteristic doar pentru structurile vii și stă la baza celei mai importante proprietăți a viețuitoarelor - auto-reproducția. Biosinteza proteinelor este precedată de sinteza matriță a ARNm pe catenele de ADN. ARNm rezultat iese din nucleul celulei în citoplasmă, unde ribozomii sunt înșirați pe acesta, iar aminoacizii sunt livrați aici cu ajutorul TRJK.

Sinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape care implică ADN, ARNm, ARNt, ribozomi, ATP și diverse enzime. În primul rând, aminoacizii din citoplasmă sunt activați de enzime și atașați la ARNt (la locul unde se află nucleotida CCA). Următorul pas este combinarea de aminoacizi în ordinea în care alternanța nucleotidelor din ADN este transferată la ARNm. Această etapă se numește difuzat. Nu se află niciun ribozom pe catena ARNm, ci un grup dintre ei - un astfel de complex se numește polizom (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biologie pentru departamentele pregătitoare ale institutelor medicale).

Sistem Biosinteza proteinelor

Sinteza proteinelor constă în două etape - transcriere și translație.

I. Transcriere (rescriere) - biosinteza moleculelor de ARN, efectuată în cromozomi pe molecule de ADN după principiul sintezei matricei. Cu ajutorul enzimelor, toate tipurile de ARN (ARNm, ARNr, ARNt) sunt sintetizate la secțiunile corespunzătoare ale moleculei de ADN (gene). Sunt sintetizate 20 de soiuri de ARNt, deoarece 20 de aminoacizi participă la biosinteza proteinelor. Apoi ARNm și ARNt ies în citoplasmă, ARNr este integrat în subunitățile ribozomilor, care ies, de asemenea, în citoplasmă.

II. Translația (transmiterea) - sinteza lanțurilor polipeptidice de proteine, se realizează în ribozomi. Este însoțită de următoarele evenimente:

1. Formarea centrului funcțional al ribozomului - FCR, format din ARNm și două subunități de ribozom. Există întotdeauna două triplete (șase nucleotide) de ARNm în PCR, formând doi centri activi: A (aminoacid) - centrul de recunoaștere a aminoacizilor și P (peptida) - centrul de atașare a aminoacidului la lanțul peptidic.

2. Transportul aminoacizilor atașați la ARNt din citoplasmă la PCR. În centrul activ A, anticodonul ARNt este citit cu codonul ARNm; în cazul complementarității, apare o legătură care servește drept semnal pentru a avansa (sări) de-a lungul ARNm al ribozomului cu un triplet. Ca rezultat, complexul „codon al ARNr și ARNt cu aminoacid” se deplasează în centrul activ al P, unde aminoacidul este atașat de lanțul peptidic (molecula proteică). ARNt părăsește apoi ribozomul.

3. Lanțul peptidic se prelungește până când translația se termină și ribozomul sare de pe ARNm. Mai mulți ribozomi (polizomi) se pot potrivi pe un ARNm în același timp. Lanțul polipeptidic este scufundat în canalul reticulului endoplasmatic și acolo capătă o structură secundară, terțiară sau cuaternară. Viteza de asamblare a unei molecule de proteină, constând din 200-300 de aminoacizi, este de 1-2 minute. Formula de biosinteză a proteinelor: ADN (transcripție) --> ARN (traducere) --> proteină.

După finalizarea unui ciclu, polizomii pot lua parte la sinteza de noi molecule de proteine.

Molecula proteică separată de ribozom are forma unui fir care este biologic inactiv. Ea devine biologic funcțională după ce molecula capătă o structură secundară, terțiară și cuaternară, adică o anumită configurație specifică spațial. Structurile secundare și ulterioare ale unei molecule de proteină sunt predeterminate în informațiile încorporate în alternanța aminoacizilor, adică în structura primară a proteinei. Cu alte cuvinte, programul pentru formarea unui globule, configurația sa unică, este determinat de structura primară a moleculei, care, la rândul său, este construită sub controlul genei corespunzătoare.

Viteza sintezei proteinelor este determinată de mulți factori: temperatura mediului, concentrația de ioni de hidrogen, cantitatea de produs final de sinteză, prezența aminoacizilor liberi, ionii de magneziu, starea ribozomilor etc.

Informația genetică despre structura unei proteine ​​este stocată ca o secvență de tripleți ADN. În acest caz, doar unul dintre lanțurile ADN servește ca șablon pentru transcripție.

Biosinteza proteinelor în celule este o secvență de reacții de tip matrice, în timpul cărora transferul succesiv de informații ereditare de la un tip de moleculă la altul duce la formarea de polipeptide cu o structură determinată genetic.

Biosinteza proteinelor este etapa inițială a realizării sau exprimării informațiilor genetice. Principalele procese matriceale care asigură biosinteza proteinelor sunt transcripția ADN-ului și traducerea ARNm. Transcriere ADN-ul constă în rescrierea informațiilor din ADN în ARNm (mesager sau ARN mesager). Difuzare ARNm este transferul de informații de la ARNm la o polipeptidă.

Copierea ARNm începe cu atașarea ARN polimerazei la o regiune a ADN numită promotor. Cu toate acestea, având în vedere informațiile despre posibilitatea splicing-ului alternativ, pot exista cazuri în care genele, chiar și cele situate în apropiere, vor fi transcrise din diferite lanțuri. Astfel, ambele catene de ADN pot fi utilizate pentru transcriere. În timpul transcripției catenelor de ADN complementare sunt utilizate diferite ARN polimeraze, iar direcția mișcării lor de-a lungul lanțului este determinată de secvența promotorului.

Deoarece lanțurile de ADN sunt inversate unul față de celălalt, iar sinteza ARNm, la fel ca și sinteza ADN-ului, merge numai în direcția de la capătul 5 la capătul 3, atunci transcripțiile pe ADN merg în direcții opuse.

Se numește o catenă de ADN care conține aceleași secvențe ca ARNm codificareși lanțul care asigură sinteza ARNm (pe baza împerecherii complementare) - anticodare. Se mai numește și catena anticodatoare transcris.

Pe lângă ARNm, în celulă se formează și alți produși ai transcripției ADN-ului. Acestea includ molecule de ARNr și ARNt, care sunt, de asemenea, participanți la sinteza polipeptidelor. Toate aceste ARN se numesc nucleare.

Dacă luăm în considerare procentul acestor trei tipuri de ARN în celulă, atunci ponderea ARNm matur reprezintă aproximativ 5% din conținutul total de ARN, ponderea ARNt este de aproximativ 10% și cea mai mare parte de până la 85% este ARNr. .

Toate ARN-urile sunt transcrise din ADN din trifosfații de ribonucleotide cu eliberarea de pirofosfat cu participarea ARN polimerazelor. Procariotele au un singur tip de ARN polimerază, care asigură sinteza ARNm, ARNr și ARNt.

Există trei tipuri de ARN polimeraze (I, II, III) în celulele eucariote. Fiecare dintre aceste ARN polimeraze se atașează la un promotor de pe ADN și asigură transcripția pentru o secvență diferită de ADN. ARN polimeraza I sintetizează ARNr mari (molecule de ARN de bază ale subunităților mari și mici ale ribozomilor). ARN polimeraza II sintetizează tot ARNm și o parte din ARNr-urile mici, ARN polimeraza III sintetizează subunitățile ARNt și ARN 5s ale ribozomilor.

Pentru legarea ARN polimerazelor la promotor, sunt necesare proteine ​​speciale care acționează ca factori de inițiere a transcripției (TF I, TF II, TF III pentru polimerazele corespunzătoare).

Având în vedere aceste poziții, principalele etape ale biosintezei proteinelor sunt următoarele:

Etapa 1. transcrierea ADN-ului. Pe catena de ADN transcrisă, o catenă de ARNm complementară este completată utilizând ARN polimerază dependentă de ADN. Molecula de ARNm este o copie exactă a lanțului de ADN netranscris, cu diferența că în loc de dezoxiribonucleotide conține ribonucleotide, care includ uracil în loc de timină.

Etapa 2. procesarea ARNm (maturare). Molecula de ARNm sintetizată (transcrierea primară) suferă transformări suplimentare. În cele mai multe cazuri, molecula originală de ARNm este tăiată în fragmente separate. Unele fragmente - introni - sunt clivate la nucleotide, în timp ce altele - exoni - sunt fuzionate în ARNm matur. Toate etapele procesării ARNm au loc în particule RNP (complexe de ribonucleoproteine).

Pe măsură ce pro-ARNm este sintetizat, formează imediat complexe cu proteinele nucleare - informoferi și formează complexe nucleare și citoplasmatice (ARNm plus informofers) - informozomi. Astfel, ARNm nu este lipsit de proteine. ARNm este protejat de nucleaze pe parcursul întregii sale călătorii până la finalizarea translației. În plus, proteinele îi conferă conformația necesară.

Etapa 3. traducerea ARNm. Molecula de ARNm obținută în timpul transcripției servește ca șablon pentru sinteza polipeptidelor pe ribozomi. Se numesc tripleți ARNm care codifică un anumit aminoacid codoni. Translația este efectuată de molecule de ARNt. Fiecare moleculă de ARNt conține anticodon- un triplet de recunoaștere în care secvența de nucleotide este complementară unui codon ARNm specific. Fiecare moleculă de ARNt este capabilă să transporte un aminoacid strict definit.

Molecula de ARNt în conformația generală seamănă cu o frunză de trifoi pe un pețiol. „Vârful frunzei” poartă anticodonul. Există 61 de tipuri de ARNt cu anticodoni diferiți. Un aminoacid este atașat de „pețiolul frunzei” (există 20 de aminoacizi implicați în sinteza polipeptidei pe ribozomi). Fiecare moleculă de ARNt cu un anumit anticodon corespunde unui aminoacid strict definit. În același timp, un anumit aminoacid corespunde de obicei mai multor tipuri de ARNt cu anticodoni diferiți. Aminoacidul se atașează covalent de ARNt cu ajutorul enzimelor - aminoacil-ARNt sintetaze. Această reacție se numește aminoacilare ARNt. Combinația de ARNt cu un aminoacid se numește aminoacil-ARNt.

Translația (ca toate procesele matriceale) include trei etape: inițiere (început), alungire (continuare) și terminare (sfârșit).

Iniţiere. Esența inițierii este formarea unei legături peptidice între primii doi aminoacizi ai polipeptidei.

Inițial, se formează un complex de inițiere, care include: o subunitate mică a ribozomului, proteine ​​​​specifice (factori de inițiere) și un inițiator special de ARNt de metionină cu aminoacidul metionină - Met-tRNAMet. Complexul de inițiere recunoaște începutul ARNm, se atașează de acesta și alunecă până la punctul de inițiere (început) biosintezei proteinelor: în majoritatea cazurilor acesta este codonul de început AUG. Între codonul de început al ARNm și anticodonul ARNt de metionină are loc legarea dependentă de codon cu formarea legăturilor de hidrogen. Apoi este atașată subunitatea mare a ribozomului.

Când subunitățile se combină, se formează un ribozom complet, care poartă doi centri activi (situsuri): situsul A (aminoacil, care servește la atașarea aminoacil-ARNt) și situsul P (peptidil transferaza, care servește la formarea unei legături peptidice între aminoacizi). Inițial, Met-tRNAMet este situat în site-ul A, dar apoi se mută în site-ul P. Situl A eliberat primește aminoacil-ARNt cu un anticodon care este complementar codonului ARNm care urmează codonului AUG. De exemplu, acesta este Gly-tRNAGly cu anticodonul CCG, care este complementar codonului GHC. Ca rezultat al legării dependente de codon, se formează legături de hidrogen între codonul ARNm și anticodonul aminoacil-ARNt. Astfel, doi aminoacizi sunt adiacenți ribozomului, între care se formează o legătură peptidică. Legătura covalentă dintre primul aminoacid (metionină) și ARNt-ul său este ruptă.

După formarea unei legături peptidice între primii doi aminoacizi, ribozomul se deplasează cu un triplet. Ca rezultat, translocarea (mișcarea) metioninei tRNAMet de inițiere are loc în afara ribozomului. Legătura de hidrogen dintre codonul de start și anticodonul ARNt inițiator este ruptă. Ca rezultat, tRNAMet liber este scindat și pleacă în căutarea aminoacidului său.

În același timp, al doilea ARNt, împreună cu aminoacidul (Gly-tRNAGly), ca urmare a translocării, ajunge în situsul P, iar situsul A este eliberat.

Elongaţie. Esența alungirii este adăugarea de aminoacizi ulterioare, adică extinderea lanțului polipeptidic. Ciclul de lucru al ribozomului în timpul alungirii constă din trei etape: legarea dependentă de codon a ARNm și aminoacil-ARNt la situsul A, formarea unei legături peptidice între aminoacid și lanțul polipeptidic în creștere și translocarea cu eliberarea Un site.

Situl A eliberat primește aminoacil-ARNt cu un anticodon corespunzător următorului codon ARNm (de exemplu, este Tir-tRNATir cu anticodonul AUA, care este complementar codonului UAU).

Pe ribozom, doi aminoacizi sunt unul lângă altul, între care se formează o legătură peptidică. Legătura dintre aminoacidul anterior și ARNt-ul său (în exemplul nostru, între glicină și tRNAGly) este întreruptă.

Apoi, ribozomul se mișcă încă un triplet și, ca urmare a translocării, ARNt care a fost în situsul P (în exemplul nostru, tRNAgli) se află în afara ribozomului și este scindat din ARNm. Site-ul A este eliberat și ciclul ribozomului începe din nou.

Încetarea. Constă în finalizarea sintezei lanțului polipeptidic.
În cele din urmă, ribozomul ajunge la un codon ARNm cu care niciun ARNt (și niciun aminoacid) nu se potrivește. Sunt trei astfel codon onsense: UAA ("ocru"), UAG ("chihlimbar"), UGA ("opal"). La acești codoni ARNm, ciclul de lucru al ribozomului este întrerupt și creșterea polipeptidei se oprește. Ribozomul, sub influența anumitor proteine, este din nou împărțit în subunități.

Energia biosintezei proteinelor. Biosinteza proteinelor este un proces foarte consumator de energie. În timpul aminoacilării ARNt, energia unei legături a moleculei de ATP este consumată, cu legarea dependentă de codon a aminoacil-ARNt, energia unei legături a moleculei GTP este consumată, iar când ribozomul se mișcă un triplet, energia de se consumă o legătură a altei molecule de GTP. Ca rezultat, se consumă aproximativ 90 kJ/mol pentru atașarea unui aminoacid la un lanț polipeptidic. Hidroliza legăturii peptidice eliberează doar 2 kJ/mol. Astfel, în timpul biosintezei, cea mai mare parte a energiei este pierdută iremediabil (disipată sub formă de căldură).

1. Ce funcții îndeplinesc proteinele într-o celulă?

Răspuns. Proteinele joacă un rol extrem de important în procesele de viață ale celulei și organismului, ele fiind caracterizate prin următoarele funcții.

1. Structurale. Ele fac parte din structurile, țesuturile și organele intracelulare. De exemplu, colagenul și elastina servesc ca componente ale țesutului conjunctiv: oase, tendoane, cartilaj; fibroina face parte din pânzele de păianjen de mătase; keratina face parte din epidermă și derivații acesteia (păr, coarne, pene). Ele formează învelișuri (capside) de viruși.

2. Enzimatic. Toate reacțiile chimice din celulă au loc cu participarea catalizatorilor biologici - enzime (oxidoreductază, hidrolază, ligază, transferază, izomerază și liază).

3. de reglementare. De exemplu, hormonii insulina si glucagonul regleaza metabolismul glucozei. Proteinele histonice sunt implicate în organizarea spațială a cromatinei și afectează astfel expresia genelor.

4. Transport. Hemoglobina transportă oxigen în sângele vertebratelor, hemocianina în hemolimfa unor nevertebrate, mioglobina în mușchi. Albumina serică servește la transportul acizilor grași, lipidelor etc. Proteinele de transport membranar asigură transportul activ al substanțelor prin membranele celulare. Citocromii efectuează transferul de electroni de-a lungul lanțurilor de transport de electroni ale mitocondriilor și cloroplastelor.

5. Protectiv. De exemplu, anticorpii (imunoglobulinele) formează complexe cu antigenele bacteriene și cu proteinele străine. Interferonii blochează sinteza proteinelor virale într-o celulă infectată. Fibrinogenul și trombina sunt implicate în procesele de coagulare a sângelui.

6. Contractil (motor). Proteinele actina și miozina asigură procesele de contracție musculară și contracție a elementelor citoscheletice.

7. Semnal (receptor). Proteinele membranei celulare fac parte din receptori și antigene de suprafață.

proteine ​​de depozitare. Cazeina din lapte, ou albumina, feritina (stochează fier în splină).

8. Protein-toxine. toxina difterice.

9. Funcția energetică. Odată cu descompunerea a 1 g de proteină în produșii metabolici finali (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), se eliberează 17,6 kJ sau 4,2 kcal de energie.

2. Din ce sunt alcătuite proteinele?

Răspuns. Proteinele sunt substanțe organice cu molecul înalt, constând din aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii, compoziția de aminoacizi a proteinelor este determinată de codul genetic; în majoritatea cazurilor, în sinteza sunt utilizați 20 de aminoacizi standard. Multe dintre combinațiile lor creează molecule de proteine ​​cu o mare varietate de proprietăți.

Întrebări după §26

1. Ce este o genă?

Răspuns. O genă este un purtător material de informații ereditare, a căror totalitate părinții o transmit descendenților lor în timpul reproducerii. În prezent, în biologia moleculară, s-a stabilit că genele sunt secțiuni de ADN care poartă orice informație integrală - despre structura unei molecule de proteine ​​sau a unei molecule de ARN. Acestea și alte molecule funcționale determină creșterea și funcționarea unui organism.

2. Ce proces se numește transcripție?

Răspuns. Purtătorul de informații genetice este ADN-ul situat în nucleul celulei. Sinteza proteinelor în sine are loc în citoplasma de pe ribozomi. De la nucleu la citoplasmă, informațiile despre structura proteinei vin sub formă de ARN mesager (ARNm). Pentru a sintetiza ARNm, o secțiune de ADN dublu catenar este desfășurată, iar apoi o moleculă de ARNm este sintetizată pe una dintre catenele de ADN conform principiului complementarității. Acest lucru se întâmplă astfel: împotriva, de exemplu, G al moleculei de ADN devine C al moleculei de ARN, împotriva A a moleculei de ADN - Y-ul moleculei de ARN (rețineți că, în loc de timină, ARN-ul poartă uracil, sau U. ), împotriva T al moleculei de ADN - A a moleculei de ARN și împotriva moleculelor de ADN C - moleculele de ARN G. Astfel, se formează un lanț de ARNm, care este o copie exactă a celui de-al doilea lanț de ADN (fără șablon) (este inclus doar uracil în loc de timină). Deci, informațiile despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină sunt traduse din „limbajul ADN-ului” în „limbajul ARN-ului”. Acest proces se numește transcripție.

3. Unde și cum are loc biosinteza proteinelor?

Răspuns. În citoplasmă are loc un proces de sinteză a proteinelor, care se numește altfel traducere. Translația este traducerea secvenței de nucleotide a unei molecule de ARNm în secvența de aminoacizi a unei molecule de proteine. Ribozomul interacționează cu capătul ARNm de la care ar trebui să înceapă sinteza proteinelor. În acest caz, începutul viitoarei proteine ​​este indicat de tripletul AUG, care este un semn al începutului translației. Deoarece acest codon codifică aminoacidul metionină, toate proteinele (cu excepția cazurilor speciale) încep cu metionină. După legare, ribozomul începe să se miște de-a lungul ARNm, oprindu-se la fiecare dintre secțiunile sale, care include doi codoni (adică, 3 + 3 = 6 nucleotide). Timpul de întârziere este de numai 0,2 secunde. În acest timp, molecula de ARNt, al cărei anticodon este complementar codonului situat în ribozom, reușește să-l recunoască. Aminoacidul care a fost asociat cu acest ARNt este separat de „petiol” și se unește cu formarea unei legături peptidice la lanțul proteic în creștere. În același moment, următorul ARNt se apropie de ribozom, al cărui anticodon este complementar următorului triplet din ARNm, iar următorul aminoacid adus de acest ARNt este inclus în lanțul în creștere. După aceea, ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm, persistă pe următoarele nucleotide și totul se repetă de la început.

4. Ce este un codon de oprire?

Răspuns. Codonii de stop (UAA, UAG sau UGA) nu codifică pentru aminoacizi, ei indică doar că sinteza proteinelor trebuie finalizată. Lanțul proteic se desprinde de ribozom, pătrunde în citoplasmă și formează structurile secundare, terțiare și cuaternare inerente acestei proteine.

5. Câte tipuri de ARNt sunt implicate în sinteza proteinelor într-o celulă?

Răspuns. Nu mai puțin de 20 (număr de aminoacizi), nu mai mult de 61 (număr de codoni de sens). De obicei, aproximativ 43 de ARNt la procariote. La om, aproximativ 50 de ARNt diferite asigură încorporarea aminoacizilor în proteine.

6. Din ce constă un polizom?

Răspuns. Celula are nevoie nu de una, ci de multe molecule din fiecare proteină. Prin urmare, de îndată ce ribozomul, care a fost primul care a început sinteza proteinelor pe molecula de ARNm, se deplasează înainte, al doilea ribozom este imediat legat de acest ARNm, care începe să sintetizeze aceeași proteină. Același ARNm poate fi legat cu al treilea și al patrulea ribozom etc. Toți ribozomii care sintetizează proteine ​​pe o moleculă de ARNm sunt numiți polizom.

7. Procesele de sinteză a proteinelor necesită energie? Sau, dimpotrivă, în procesele de sinteză a proteinelor se eliberează energie?

Răspuns. Ca orice proces sintetic, sinteza proteinelor este o reacție endotermă și, prin urmare, necesită energie. Biosinteza proteinelor este un lanț de reacții sintetice: 1) sinteza i-ARN; 2) legătura aminoacizilor cu t-ARN; 3) „ansamblu de proteine”. Toate aceste reacții necesită costuri mari de energie - până la 24,2 kcal/mol. Energia pentru sinteza proteinelor provine din descompunerea ATP.

Și procesarea ARN, al doilea pas implică traducerea. În timpul transcripției, enzima ARN polimerază sintetizează o moleculă de ARN care este complementară cu secvența genei corespunzătoare (regiunea ADN). Terminatorul din secvența de nucleotide ADN determină în ce moment se va opri transcripția. În timpul unei serii de etape succesive de procesare, unele fragmente sunt îndepărtate din ARNm, iar secvențele de nucleotide sunt rareori editate. După sinteza ARN pe matrița de ADN, moleculele de ARN sunt transportate în citoplasmă. În procesul de translație, informațiile înregistrate în secvența de nucleotide sunt traduse într-o secvență de resturi de aminoacizi.

procesarea ARN

Între transcripție și traducere, molecula de ARNm suferă o serie de modificări succesive care asigură maturarea unui șablon funcțional pentru sinteza lanțului polipeptidic. Un capac este atașat la capătul 5’, iar o coadă poli-A este atașată la capătul 3’, ceea ce crește durata de viață a ARNm. Odată cu apariția procesării într-o celulă eucariotă, a devenit posibilă combinarea exonilor genici pentru a obține o varietate mai mare de proteine ​​codificate de o singură secvență de nucleotide ADN - splicing alternativ.

Difuzare

Molecula de proteină finită este apoi scindată din ribozom și transportată în locul potrivit în celulă. Unele proteine ​​necesită modificări post-translaționale suplimentare pentru a ajunge la starea lor activă.

Fundația Wikimedia. 2010 .

Vedeți ce este „biosinteza proteinelor” în alte dicționare:

În metabolismul organismului, rolul principal revine proteinelor și acizilor nucleici. Substanțele proteice formează baza tuturor structurilor celulare vitale, ele fac parte din citoplasmă. Proteinele au o reactivitate neobișnuit de mare ...... Enciclopedia biologică

Setul de reacții de polimerizare a aminoacizilor în lanțul polipeptidic al unei molecule de proteine ​​care apar în celulele pe organite specializate - ribozomi; încălcarea B. b. stă la baza multor boli ale oamenilor, animalelor și plantelor... Dicţionar medical mare

Procesul de sinteză a compușilor organici naturali de către organismele vii. Calea biosintetică a unui compus este o secvență de reacții care duc la formarea acestui compus, de obicei enzimatică (determinată genetic), dar ocazional ... ... Wikipedia

- [ceai; m. Formarea diferitelor substanţe organice în organismele vii. B. veverita. Mecanismul biosintezei. * * * Biosinteză Formarea substanțelor necesare organismului în celulele vii cu participarea biocatalizatorilor enzimatici. De obicei, ca rezultat... Dicţionar enciclopedic

biosinteza- (ceai; m. Formarea diferitelor substanţe organice în organismele vii. Biosi/ntez proteină. Mecanismul biosintetic... Dicționar cu multe expresii

Biosinteza ribozomală- * ansamblu de biosinteză ribozomală a particulelor ribozomale din ARN și componente proteice. La eucariote și procariote, este coordonat astfel încât să nu se acumuleze nici un exces de proteine, nici un exces de acizi nucleici. În sinteza proteinelor E. coli ...... Genetica. Dicţionar enciclopedic

Acest termen are alte semnificații, vezi Proteine ​​(sensuri). Proteinele (proteine, polipeptide) sunt substanțe organice cu molecul înalt, formate din alfa aminoacizi legați într-un lanț printr-o legătură peptidică. În organismele vii ... ... Wikipedia

Cristale din diverse proteine ​​crescute pe stația spațială Mir și în timpul zborurilor navetei NASA. Proteinele foarte purificate formează cristale la temperatură scăzută, care sunt folosite pentru a obține un model al acestei proteine. Proteine ​​(proteine, ... ... Wikipedia

Veverițele (Sciurus) sunt un gen de mamifere din familia veverițelor de ordinul rozătoarelor. Distribuit în pădurile din Europa, Asia și America. Aproximativ 50 de specii. Adaptat unui stil de viață arboricol. Lungimea corpului de până la 28 cm. Blana este de obicei groasă, unele sunt pufoase. ...... Marea Enciclopedie Sovietică

Cărți

• Fundamentele biochimiei lui Lehninger. În 3 volume. Volumul 3. Modalităţi de transmitere a informaţiei, D. Nelson, M. Cox. Scrisă de oameni de știință americani care sunt recunoscuți ca educatori talentați la nivel universitar, această publicație educațională explorează concepte moderne de biochimie în...

Pentru a studia procesele care au loc în organism, trebuie să știți ce se întâmplă la nivel celular. Unde proteinele joacă un rol important. Este necesar să se studieze nu numai funcțiile lor, ci și procesul de creație. Prin urmare, este important să explici pe scurt și clar. Clasa 9 este cea mai potrivită pentru asta. În această etapă, elevii au suficiente cunoștințe pentru a înțelege acest subiect.

Proteine ​​- ce este și pentru ce sunt acestea

Acești compuși macromoleculari joacă un rol uriaș în viața oricărui organism. Proteinele sunt polimeri, adică constau din multe „bucăți” similare. Numărul lor poate varia de la câteva sute la mii.

Proteinele îndeplinesc multe funcții în celulă. Rolul lor este mare și la niveluri superioare de organizare: țesuturile și organele depind în mare măsură de funcționarea corectă a diferitelor proteine.

De exemplu, toți hormonii sunt de origine proteică. Dar aceste substanțe sunt cele care controlează toate procesele din organism.

Hemoglobina este, de asemenea, o proteină, este formată din patru lanțuri, care sunt conectate în centru printr-un atom de fier. Această structură oferă capacitatea de a transporta oxigen de către eritrocite.

Amintiți-vă că toate membranele conțin proteine. Sunt necesare pentru transportul substanțelor prin membrana celulară.

Există mult mai multe funcții ale moleculelor de proteine ​​pe care le îndeplinesc clar și fără îndoială. Acești compuși uimitori sunt foarte diverși nu numai în rolurile lor în celulă, ci și în structură.

Unde are loc sinteza

Ribozomul este organul în care are loc partea principală a procesului numit „biosinteza proteinelor”. Clasa a 9-a în diferite școli diferă în curriculum pentru studiul biologiei, dar mulți profesori oferă material despre organele în avans, înainte de a studia traducerea.

Prin urmare, elevilor nu le va fi dificil să-și amintească materialul acoperit și să-l consolideze. Ar trebui să fiți conștienți de faptul că pe o singură organelă poate fi creat un singur lanț polipeptidic la un moment dat. Acest lucru nu este suficient pentru a satisface toate nevoile celulei. Prin urmare, există o mulțime de ribozomi și cel mai adesea sunt combinați cu reticulul endoplasmatic.

Un astfel de EPS se numește dur. Beneficiul unei astfel de „colaborări” este evident: imediat după sinteză, proteina intră în canalul de transport și poate fi trimisă la destinație fără întârziere.

Dar dacă luăm în considerare chiar începutul, și anume citirea informațiilor din ADN, atunci putem spune că biosinteza proteinelor într-o celulă vie începe în nucleu. Acolo este sintetizat codul genetic.

Materialele necesare sunt aminoacizii, locul sintezei este ribozomul

Se pare că este dificil de explicat cum se desfășoară biosinteza proteinelor, pe scurt și clar, diagrama procesului și numeroasele desene sunt pur și simplu necesare. Ei vor ajuta la transmiterea tuturor informațiilor, precum și elevii își vor putea aminti mai ușor.

În primul rând, pentru sinteză aveți nevoie de un „material de construcție” - aminoacizi. Unele dintre ele sunt produse de organism. Altele pot fi obținute doar din alimente, se numesc indispensabile.

Numărul total de aminoacizi este de douăzeci, dar datorită numărului mare de opțiuni în care pot fi aranjați într-un lanț lung, moleculele de proteine ​​sunt foarte diverse. Acești acizi sunt similari ca structură, dar diferă în radicali.

Proprietățile acestor părți ale fiecărui aminoacid sunt cele care determină ce structură se va „plia” lanțul rezultat, dacă va forma o structură cuaternară cu alte lanțuri și ce proprietăți va avea macromolecula rezultată.

Procesul de biosinteză a proteinelor nu poate continua pur și simplu în citoplasmă, are nevoie de un ribozom. este format din două subunități - mare și mică. În repaus, ele sunt separate, dar de îndată ce începe sinteza, se conectează imediat și încep să funcționeze.

Acizi ribonucleici atât de diferiți și importanți

Pentru a aduce un aminoacid în ribozom, aveți nevoie de un ARN special numit transport. Este prescurtat ca ARNt. Această moleculă monocatenară de trifoi este capabilă să atașeze un singur aminoacid la capătul său liber și să-l transporte la locul sintezei proteinelor.

Un alt ARN implicat în sinteza proteinelor se numește matrice (informație). Poartă o componentă la fel de importantă a sintezei - un cod care afirmă în mod clar când aminoacid să înlănțească lanțul proteic rezultat.

Această moleculă are o structură monocatenară, constă din nucleotide, precum și ADN. Există unele diferențe în structura primară a acestor acizi nucleici, despre care puteți citi în articolul comparativ despre ARN și ADN.

Informații despre compoziția proteinei ARNm primesc de la principalul custode al codului genetic - ADN. Procesul de citire și sinteză a ARNm se numește transcripție.

Are loc în nucleu, de unde ARNm rezultat este trimis la ribozom. ADN-ul în sine nu părăsește nucleul, sarcina sa este doar să păstreze codul genetic și să-l transfere în celula fiică în timpul diviziunii.

Tabel rezumat al principalilor participanți la emisie

Pentru a descrie biosinteza proteinelor în mod concis și clar, un tabel este pur și simplu necesar. În ea, vom nota toate componentele și rolul lor în acest proces, care se numește traducere.

Însuși procesul de creare a unui lanț proteic este împărțit în trei etape. Să ne uităm la fiecare dintre ele mai detaliat. După aceea, puteți explica cu ușurință biosinteza proteinelor tuturor celor care o doresc într-un mod scurt și ușor de înțeles.

Inițierea - începutul procesului

Aceasta este etapa inițială a translației, în care subunitatea mică a ribozomului fuzionează cu primul ARNt. Acest acid ribonucleic poartă aminoacidul metionină. Translația începe întotdeauna cu acest aminoacid, deoarece codonul de început este AUG, care codifică primul monomer din lanțul proteic.

Pentru ca ribozomul să recunoască codonul de pornire și să nu înceapă sinteza din mijlocul genei, unde poate apărea și secvența AUG, în jurul codonului de pornire este situată o secvență de nucleotide specială. Din ele, ribozomul recunoaște locul unde ar trebui să stea subunitatea sa mică.

După formarea complexului cu ARNm, etapa de inițiere se încheie. Și începe etapa principală a traducerii.

Alungirea - mijlocul sintezei

În această etapă, are loc o acumulare treptată a lanțului proteic. Durata alungirii depinde de numărul de aminoacizi din proteină.

În primul rând, subunitatea mare a ribozomului este atașată subunității mici. Și t-ARN-ul inițial este în întregime în el. Afară rămâne doar metionină. Apoi, un al doilea t-ARN care poartă un alt aminoacid intră în subunitatea mare.

Dacă al doilea codon de pe ARNm se potrivește cu anticodonul din partea de sus a frunzei de trifoi, al doilea aminoacid este atașat de primul printr-o legătură peptidică.

După aceea, ribozomul se deplasează de-a lungul m-ARN-ului pentru exact trei nucleotide (un codon), primul t-ARN detașează metionina de la sine și se separă de complex. În locul său se află un al doilea t-ARN, la capătul căruia sunt deja doi aminoacizi.

Apoi un al treilea ARNt intră în subunitatea mare și procesul se repetă. Acesta va continua până când ribozomul lovește un codon din ARNm care semnalează sfârșitul translației.

Încetarea

Această etapă este ultima, poate părea foarte crudă unora. Toate moleculele și organitele care au lucrat atât de armonios pentru a crea un lanț polipeptidic se opresc de îndată ce ribozomul lovește un codon terminal.

Nu codifică niciun aminoacid, așa că orice ARNt intră în subunitatea mare va fi respins din cauza unei nepotriviri. Aici intră în joc factorii de terminare, care separă proteina finită de ribozom.

Organela în sine se poate împărți în două subunități sau poate continua în jos ARNm în căutarea unui nou codon de început. Un ARNm poate avea mai mulți ribozomi simultan. Fiecare dintre ele se află în propriul stadiu de traducere.Proteina nou creată este prevăzută cu markeri, cu ajutorul cărora destinația sa va fi clară pentru toată lumea. Și prin EPS va fi trimis acolo unde este nevoie.

Pentru a înțelege rolul biosintezei proteinelor, este necesar să se studieze ce funcții poate îndeplini. Depinde de secvența de aminoacizi din lanț. Proprietățile lor sunt cele care determină secundarul, terțiarul și uneori cuaternarul (dacă există) și rolul său în celulă. Puteți citi mai multe despre funcțiile moleculelor de proteine ​​într-un articol pe acest subiect.

Cum să aflați mai multe despre difuzare

Acest articol descrie biosinteza proteinelor într-o celulă vie. Desigur, dacă studiezi subiectul mai profund, va fi nevoie de multe pagini pentru a explica procesul în toate detaliile. Dar materialul de mai sus ar trebui să fie suficient pentru o idee generală.Materialele video în care oamenii de știință au simulat toate etapele traducerii pot fi foarte utile pentru înțelegere. Unele dintre ele au fost traduse în rusă și pot servi drept ghid excelent pentru studenți sau doar un videoclip educațional.

Pentru a înțelege mai bine subiectul, ar trebui să citiți și alte articole pe subiecte conexe. De exemplu, despre sau despre funcțiile proteinelor.