تدفق المعلومات الجينية بروتين الحمض النووي الريبي. RNA و DNA

أولا ، بعض الأحكام العامة.

البرنامج بأكمله العمليات الكيميائية في الجسم يتم تسجيله في DNA - التخزين الجزيئي للمعلومات الجينية. عادةً ما يتم تمثيل تدفق هذه المعلومات من خلال رسم تخطيطي: DNA RNA PROTEIN ، والذي يوضح عملية ترجمة اللغة الجينية لتسلسلات النيوكليوتيدات إلى تسلسلات الأحماض الأمينية. مخطط الحمض النووي يحدد الحمض النووي الريبي التخليق الحيوي لجزيئات الحمض النووي الريبي ، حيث يكون تسلسل النوكليوتيدات مكملًا لبعض المناطق (الجين) من جزيء الحمض النووي. يشار إلى هذه العملية عادة باسم النسخ. وهكذا ، يتم تصنيع الحمض الريبي النووي النقال ، الرنا الريباسي ، الرنا المرسال. يعبر تعيين RNA PROTEK عن التخليق الحيوي لسلاسل البولي ببتيد ، حيث يتم تعيين تسلسل الأحماض الأمينية من خلال تسلسل النوكليوتيدات في mRNA بمشاركة الحمض الريبي النووي النقال و الرنا الريباسي. هذه العملية تسمى البث. تتم كلتا العمليتين بمشاركة العديد من البروتينات التي تؤدي وظائف تحفيزية وغير تحفيزية.

التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي.

لتركيب جميع أنواع الحمض النووي الريبي (p ، t ، m) ، يتم استخدام نوع واحد فقط من الإنزيم: الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي - بوليميراز ، والذي يتضمن أيون الزنك المرتبط بإحكام. اعتمادًا على نوع RNA الذي يتم تصنيعه ، يتم عزل RNA - polymerase 1 (يحفز تخليق rRNA) و RNA - polymerase 2 (mRNA) و RNA - polymerase 3 (tRNA). يوجد نوع آخر في الميتوكوندريا - RNA - polymerase 4. تتراوح الأوزان الجزيئية لجميع أنواع RNA - polymerases بين 500000 - 600000. تتم جميع عمليات التوليف وفقًا للمعلومات الواردة في جينات DNA المقابلة. من أي مصدر ، يتم عزل إنزيم RNA - polymerase (من الحيوانات والنباتات والبكتيريا) ، ويتميز بالسمات التالية للعمل في الجسم الحي: 1) يتم استخدام Triphosphonucleosides ، وليس di- وليس monophosphonucleosides. 2) للنشاط الأمثل ، مطلوب عامل مساعد - أيون المغنيسيوم. 3) يستخدم الإنزيم خيطًا واحدًا فقط من الحمض النووي كقالب لتركيب نسخة تكميلية من الحمض النووي الريبي (وهذا هو السبب في أن التركيب هو أيضًا قالب). تحدث الإضافة المتسلسلة للنيوكليوتيدات بحيث تنمو السلسلة من 5` إلى 3` نهاية (5` - 3` iolymerization):

F - F - F - 5` F - F - F - 5` F - F - F –5`

5) لبدء التخليق ، يمكن استخدام جزء بذرة من الحمض النووي الريبي:

نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات

(RNA) ن بقايا (RNA) ن + 1 + IF

RNA - بوليميراز

في الوقت نفسه ، يمكن أن تستمر البلمرة (في كثير من الأحيان) بدون بذر ، باستخدام نوكليوزيد واحد فقط ثلاثي فوسفات بدلاً من جزء بذرة (كقاعدة عامة ، هذا هو ATP أو GTP).

6) أثناء عملية البلمرة ، يقوم الإنزيم بنسخ خيط DNA واحد فقط ويتحرك على طول القالب في الاتجاه 3` - 5`. اختيار الشبكة المنسوخة ليس عرضيًا.

7) تحتوي سلسلة DNA النموذجية على إشارات لبدء تخليق RNA للإنزيم ، الموجود في مواضع معينة قبل بداية الجين ، وإشارات لإنهاء التوليف ، الموجود بعد نهاية الجين أو مجموعة من الجينات.

8) بالنسبة للعمليات الموصوفة أعلاه ، قد تكون هناك حاجة إلى DNA فائق الالتفاف ، مما يساعد على التعرف على إشارات البدء والانتهاء للتوليف ويسهل ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بالقالب.

الحمض النووي الريبي - بوليميراز هو إنزيم قليل القسيمات يتكون من 5 وحدات فرعية: ألفا ، ألفا ، بيتا ، بيتا ، جاما. تتوافق وحدات فرعية معينة مع وظائف معينة: على سبيل المثال ، تشارك وحدة بيتا الفرعية في تكوين رابطة فوسفوديستر ، وتشارك وحدة جاما الفرعية في التعرف على إشارة البداية.

تحتوي منطقة الحمض النووي المسؤولة عن الارتباط الأولي لبوليميراز الحمض النووي الريبي ، والتي تسمى المحفز ، على 30-60 زوجًا من القواعد النيتروجينية.

يحدث تخليق الحمض النووي الريبي تحت تأثير الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي - بوليميراز في 3 مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء.

1) الاستهلال - وحدة غاما الفرعية ، كونها جزءًا من الحمض النووي الريبي - بوليميراز ، لا يساهم فقط في "التعرف" على مناطق DNA المحفز ، ولكن أيضًا يرتبط مباشرة في منطقة تسلسل TATA. بالإضافة إلى حقيقة أن منطقة TATA هي إشارة للتعرف ، فقد تحتوي أيضًا على أقل قوة للروابط الهيدروجينية ، مما يسهل "فك" خيوط الحمض النووي. هناك أدلة على أن cAMP يشارك أيضًا في تحفيز هذه العملية. تشارك وحدة جاما الفرعية للحمض النووي الريبي ، البوليميراز ، أيضًا في فتح الحلزون المزدوج للحمض النووي. في هذه الحالة ، يعمل أحد خيوط الحمض النووي كقالب لتركيب خيط RNA جديد. وبمجرد أن يبدأ هذا التركيب ، يتم فصل وحدة جاما الفرعية عن الإنزيم ، وفي المستقبل ، يتم ربطها بجزيء إنزيم آخر من أجل المشاركة في دورة جديدة من النسخ. يحدث "فك الالتواء" في الحمض النووي عندما يتحرك بوليميراز الرنا على طول خيط الترميز. إنه ضروري للتكوين الصحيح للأزواج التكميلية مع إدخال النيوكليوتيدات في سلسلة RNA. يكون حجم قسم الحمض النووي غير الملفوف ثابتًا طوال العملية بأكملها ويبلغ حوالي 17 زوجًا أساسيًا لكل جزيء بوليميريز RNA. يمكن قراءة نفس خيط الترميز في وقت واحد بواسطة العديد من جزيئات بوليميراز RNA ، ولكن يتم تعديل العملية بطريقة تجعل كل جزيء RNA polymerase ينسخ مناطق DNA مختلفة في أي لحظة. في الوقت نفسه ، يتميز RNA-polymerase 3 المعتمد على الحمض النووي ، والذي يصنع الحمض الريبي النووي النقال ، "بالتعرف" على المحفز الداخلي.

2) يتم تنفيذ الاستطالة ، أو استمرار التوليف ، بواسطة بوليميريز RNA ، ولكن بالفعل في شكل رباعي ، منذ انفصلت بالفعل وحدة جاما الفرعية. تنمو السلسلة الجديدة عن طريق إضافة متسلسلة للنيوكليوتيدات إلى مجموعة أوكسي 3 'المجانية. معدل تخليق ، على سبيل المثال ، الزلال المصل mRNA يصل إلى 100 نيوكليوتيد في الثانية. على عكس بوليميريز الحمض النووي (الذي سنتحدث عنه أدناه) ، لا يتحقق بوليميراز الحمض النووي الريبي من صحة سلسلة البولي نيوكليوتيد المشكلة حديثًا. معدل الخطأ لتخليق الحمض النووي الريبي هو 1: 1،000،000.

3) الإنهاء - عامل البروتين r (po) متضمن هنا. إنه ليس جزءًا من بوليميريز RNA. من المحتمل أن يتعرف على تسلسل النوكليوتيدات على القالب بواسطة إحدى آليات التفاعل بين وحدة جاما الفرعية والمروج. يحتوي المنهي أيضًا على حوالي 30-60 زوجًا أساسيًا وينتهي بسلسلة من أزواج AT ، على الرغم من أنه لوحظ في بعض RNAs أن إشارات النهاية هي 1000-2000 قاعدة بعيدًا عن جين التشفير. من الممكن أن يكون أحد جسيمات البوليميراز متورطًا أيضًا في التعرف على تسلسل المنهي. في هذه الحالة ، يتوقف تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) ويترك جزيء الحمض النووي الريبي المركب الإنزيم. معظم جزيئات الحمض النووي الريبي التي يتم تصنيعها بهذه الطريقة ليست نشطة بيولوجيًا. بدلا من ذلك ، فهي سلائف يجب أن تتطور إلى أشكال ناضجة من خلال ردود فعل مختلفة. هذا يسمى المعالجة. هذه التفاعلات هي: (1) تجزئة السلائف طويلة السلسلة (علاوة على ذلك ، يمكن تشكيل من 1 إلى 3 tRNAs من نسخة واحدة). (2) ربط النوكليوتيدات بالنهايات. (3) تعديل محدد للنيوكليوتيدات (مثيلة ، سلفونة ، نزع الأمين ، إلخ).

تحتوي معالجة MRNA على ميزة أخرى. اتضح أنه في بعض الأحيان يتم مقاطعة تشفير المعلومات لتسلسل AK في الجينات بواسطة تسلسلات غير مشفرة ، أي "الجينات مقطوعة". ولكن عند نسخ الجين "المكسور" بأكمله يتم نسخه. في هذه الحالة ، يتم قطع المناطق غير المشفرة (إنترونات) أثناء معالجة نوكليازات داخلية ، أو تسمى إنزيمات التقييد. في الوقت الحالي ، تم عزل أكثر من 200 منها ، وتشق نوكليازات مقيدة الروابط (حسب نوع الإنزيم) بين نيوكليوتيدات محددة بدقة (على سبيل المثال ، G - A ، T - A ، إلخ). ثم تقوم ligases بربط مناطق التشفير (exons). يتم كسر معظم التسلسلات ، التي يتم تقديم نسخها في mRNAs الناضجة ، في الجينوم من مرة إلى 50 مرة بواسطة مناطق غير مشفرة (إنترونات). عادةً ما تكون الإنترونات أطول بكثير من exons. لم يتم تحديد وظائف الإنترونات بدقة. ربما تعمل على فصل exons ماديًا من أجل تحسين إعادة الترتيب الجيني (إعادة التركيب). هناك أيضًا تخليق RNA خالٍ من القوالب. يتم تحفيز هذه العملية بواسطة إنزيم فسفوريلاز متعدد النوكليوتيد: nuclDF + (nucleMF) n (nucleMF) n + 1 + Fk. لا يتطلب هذا الإنزيم قالبًا ولا يصنع بوليمرًا بتسلسل بولينوكليوتيد محدد. إنه يحتاج إلى سلسلة RNA كبذرة فقط. عدد من المضادات الحيوية (حوالي 30) لها تأثير مثبط على عملية تخليق الحمض النووي الريبي. هناك آليتان هنا: (1) الارتباط بـ RNA polymerase ، مما يؤدي إلى تعطيل الإنزيم (على سبيل المثال ، يرتبط ريفاميسين بالوحدة b). (2) يمكن أن ترتبط المضادات الحيوية بقالب الحمض النووي وتمنع إما ارتباط الإنزيم بالقالب أو حركة بوليميريز الحمض النووي الريبي على طول الحمض النووي (هذا ، على سبيل المثال ، الأكتينوميسين D).

التخليق الحيوي للحمض النووي.

يمكن نقل المعلومات الجينية الموجودة في الحمض النووي للكروموسوم إما عن طريق التكرار الدقيق أو عن طريق إعادة التركيب والتبديل والتحويل:

1) إعادة التركيب اثنين من الكروموسومات المتجانسة تبادل المواد الجينية.

2) التحويل - القدرة على تحريك الجينات على طول الكروموسوم أو بين الكروموسومات. قد تلعب دورًا مهمًا في تمايز الخلايا.

3) التحويل - يمكن أن تشكل التسلسلات المتطابقة للكروموسومات أزواجًا عشوائية ، وتتم إزالة المناطق غير المتطابقة.

4) الاستنساخ (هذا هو النوع الرئيسي لتخليق الحمض النووي) ، أي استنساخ "نوعه الخاص".

الأهمية الوظيفية الرئيسية للنسخ المتماثل هي توفير المعلومات الوراثية للنسل. إن الإنزيم الرئيسي الذي يحفز تصنيع الحمض النووي هو بوليميريز الحمض النووي. تم عزل عدة أنواع من بوليميريز الحمض النووي: 1) ألفا - (معزول من النواة) هو الإنزيم الرئيسي المرتبط بتكاثر الكروموسوم. 2) بيتا - (مترجمة أيضًا في النواة) - تشارك على ما يبدو في عمليات الإصلاح وإعادة التركيب. 3) جاما - (المترجمة في الميتوكوندريا) - ربما تشارك في تكرار الحمض النووي للميتوكوندريا. لكي يعمل بوليميريز الحمض النووي ، يجب أن تكون الشروط التالية ضرورية: 1) يجب أن تكون جميع ديوكسي ريبونوكليوتيدات الأربعة (dATP ، dGTP ، dCTP و TTF) موجودة في الوسط ؛ 2) للنشاط الأمثل ، مطلوب عامل مساعد: أيونات المنغنيز ؛ 3) مطلوب نسخ DNA مزدوج الشريطة ؛ 4) ترتبط النيوكليوتيدات بالاتجاه 5` - 3` (5` - 3` - بلمرة) ؛ 5) يبدأ النسخ المتماثل في منطقة محددة بدقة ويذهب في نفس الوقت في كلا الاتجاهين بنفس السرعة تقريبًا ؛ 6) لبدء التوليف ، يمكن استخدامه كجزء بذرة إما من جزء DNA أو جزء RNA ، على عكس تخليق RNA ، حيث يكون التوليف من النيوكليوتيدات الفردية ؛ 7) مطلوب جزيء DNA فائق الالتفاف للتكرار. ولكن ، كما قلنا أعلاه ، للنسخ (أي لتخليق الحمض النووي الريبي) بوليميراز الحمض النووي الريبي (مع وحدة فرعية جاما للتعرف والربط بالمحفز) وبروتين للتعرف على إشارة الإنهاء (العامل ص) مطلوبًا ، أثناء تكرار الحمض النووي ، فإن عمل بوليميريز الحمض النووي تكمل عدة بروتينات (حوالي 10) ، بعضها إنزيمات. تساهم هذه البروتينات الإضافية في:

1) التعرف على أصل التكرار بواسطة بوليميراز الدنا.

2) الفك المحلي لمزدوج الحمض النووي ، والذي يحرر خيوطًا مفردة لنسخ القالب.

3) تثبيت الهيكل المنصهر (غير منسوج).

4) تكوين سلاسل البذور لبدء عمل بوليميراز الدنا.

5) يشارك في تشكيل وتعزيز شوكة النسخ.

6) يعزز التعرف على مواقع الإنهاء.

7) يعزز اللفاف الفائق للحمض النووي.

لقد تفاوضنا على جميع الشروط اللازمة لتكرار الحمض النووي. وهكذا ، كما ذكرنا سابقًا ، يبدأ تكرار الحمض النووي في مكان محدد بدقة. لفك الحمض النووي للوالدين ، يلزم توفير الطاقة ، والتي يتم إطلاقها أثناء التحلل المائي لـ ATP. يتطلب فصل كل زوج من AOs اثنين من جزيئات ATP. يرتبط تركيب الحمض النووي الجديد بالفك المتزامن للحمض النووي الأبوي. المنطقة التي يحدث فيها عدم النسيج والتركيب في وقت واحد تسمى "شوكة النسخ المتماثل":

الحمض النووي للوالدين

حمض نووي مركب حديثًا

يحدث تكرار الحمض النووي بطريقة تجعل كل خيط من الحمض النووي الأبوي ثنائي الشريطة عبارة عن قالب لتخليق خيط تكميلي جديد ، وخيطين (أصلي ومركب حديثًا) ، ينضمان معًا لتشكيل الأجيال القادمة من الحمض النووي. هذه الآلية تسمى النسخ شبه المحافظ. يحدث تكرار الحمض النووي في وقت واحد على خيطين ، ويستمر ، كما ذكرنا سابقًا ، في اتجاه 5` - 3`. لكن سلاسل الحمض النووي الأبوي متعددة الاتجاهات. ومع ذلك ، لا يوجد إنزيم يقود توليف الحمض النووي في اتجاه 3` - 5`. لذلك ، سيتم تصنيع سلسلة واحدة ، نسخ الوالد باتجاه 5` - 3` ، بشكل مستمر (تسمى "رائدة") ، وسيتم أيضًا تصنيع السلسلة الثانية في الاتجاه 5` - 3` ، ولكن في أجزاء من 150-200 نيوكليوتيد ، والتي يتم تخييطها لاحقًا ... هذه السلسلة تسمى "متخلفة".

من أجل بدء تصنيع الحمض النووي الجديد ، هناك حاجة إلى بذرة. لقد قلنا بالفعل أن التمهيدي يمكن أن يكون جزءًا من DNA أو RNA. إذا كان التمهيدي هو RNA ، فهو سلسلة قصيرة جدًا ، يحتوي على حوالي 10 نيوكليوتيدات ويسمى التمهيدي. يقوم بتركيب مادة أولية مكملة لأحد خيوط الحمض النووي ، وهو إنزيم خاص - بريماز. إشارة تنشيط Primase هي تكوين مركب وسيط مسبق يتكون من 5 بروتينات. تعمل المجموعة النهائية 3 '(مجموعة الهيدروكسيل من الريبونوكليوتيد الطرفي في التمهيدي) كأساس لتخليق الحمض النووي بواسطة بوليميريز الحمض النووي. بعد تخليق الحمض النووي ، يتم تحلل مكون الحمض النووي الريبي (التمهيدي) بواسطة بوليميريز الحمض النووي.

يتم توجيه عمل بوليميرات الحمض النووي بواسطة مصفوفة ، أي أن تكوين النوكليوتيدات للحمض النووي المركب حديثًا يعتمد على طبيعة المصفوفة. بدوره ، يزيل بوليميراز الحمض النووي دائمًا البقايا غير التكميلية في نهاية التمهيدي قبل الشروع في البلمرة. وهكذا ، يستمر تكرار الحمض النووي بدقة كبيرة ، حيث يتم فحص الاقتران الأساسي مرتين. إن بوليميرات الحمض النووي قادرة على بناء سلاسل من الحمض النووي المركب حديثًا ، لكنها غير قادرة على تحفيز اتصال خيطي DNA أو إغلاق خيط واحد (عند تكوين DNA دائري). يتم تنفيذ هذه الوظائف بواسطة DNA ligase ، الذي يحفز تكوين رابطة phosphodiester بين خيطي DNA. ينشط هذا الإنزيم في وجود مجموعة OH مجانية في الطرف 3 من خيط DNA ومجموعة فوسفات في الطرف 5 من خيط DNA آخر. يحدث تشابك السلاسل بسبب طاقة ATP. نظرًا لأن العديد من العوامل الكيميائية والفيزيائية (الإشعاع المؤين ، ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، مواد كيميائية مختلفة) تسبب تلفًا في الحمض النووي (يتم تغيير AO أو فقده ، وتكسر روابط الفوسفوديستر ، وما إلى ذلك) ، فإن جميع الخلايا لديها آليات لتصحيح هذا الضرر. يجد إنزيم تقييد الحمض النووي هذه الآفات ويقطع المنطقة التالفة ، ويقوم بوليميريز الحمض النووي بإجراء إصلاح (ترميمي) للمناطق التالفة في اتجاه 5 '- 3'. يتم ربط الموقع المسترد ببقية السلسلة بواسطة DNA ligase. هذه الطريقة لتصحيح المناطق المتغيرة أو التالفة تسمى الإصلاح. إن قائمة مثبطات تكرار الحمض النووي متنوعة وطويلة. يرتبط البعض ببوليميراز الحمض النووي ، ويعطله ، والبعض الآخر يربط ويعطل كتلة مساعدة معينة ، والبعض الآخر يتم دمجه في قالب DNA ، مما يعطل قدرته على النسخ ، والعمل الرابع كمثبطات تنافسية ، كونه تناظريًا للنيوكليوتيدات العادية ثلاثية الفوسفات. بعض المضادات الحيوية ، المطفرة ، السموم الكيميائية ، العوامل المضادة للفيروسات ، وما إلى ذلك هي مثبطات.

التخليق الحيوي للبروتين (ترجمة الجينات).

يعد تجميع سلسلة البولي ببتيد من AAs المكونة لها عملية مذهلة ومعقدة للغاية يمكن تخيلها على أنها تحدث في 4 مراحل ، وهي:

1) تفعيل واختيار AK (المرحلة المعتمدة على ATP) ؛

2) بدء تخليق سلسلة البولي ببتيد (المرحلة المعتمدة على GTP) ؛

3) استطالة سلسلة البولي ببتيد (مرحلة تعتمد على GTP) ؛

4) إنهاء تخليق سلسلة البولي ببتيد.

(1) - تفعيل واختيار AK. في جميع أنواع الخلايا ، تكون المرحلة الأولى من الترجمة هي التحويل المعتمد على ATP لكل AA إلى مركب: aminoacyl-tRNA. هذا يحقق هدفين:

1) تفاعل AA من حيث تكوين السندات الببتيد.

2) يتحد AK مع tRNA محدد (أي يحدث الاختيار). يحدث التفاعل في مرحلتين + Mg ++

1) AK + ATP aminoacyl - AMP + PF

aminoacyl tRNA synthetase

2) aminoacyl-AMP + tRNA aminoacyl-tRNA

aminoacyl tRNA synthetase

يحفز إنزيم Aminoacyl tRNA synthetase إضافة aminoacyl (بقايا الأحماض الأمينية) إلى مجموعة 3` hydroxyl من الأدينوزين النهائي. دعونا نتذكر بنية الحمض الريبي النووي النقال:

هذا الكتف ضروري ويشارك هذا الكتف في ربط aminoacyl

التعرف على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مع الريبوسوم في موقع تخليق البروتين.

Aminoacyl-tRNA-

بيتيديز

أنتيكودون

بالإضافة إلى النشاط التحفيزي ، فإن إنزيم aminoacyl-tRNA synthetase له خصوصية عالية جدًا ، "يتعرف" على كل من الأحماض الأمينية والـ tRNAs المقابلة. من المفترض أن تحتوي الخلايا على 20 تركيبيًا - واحد لكل AK ، في حين أن هناك الكثير من الحمض الريبي النووي النقال (على الأقل 31-32) ، حيث يمكن للعديد من AKs أن تتحد مع اثنين أو حتى ثلاثة جزيئات مختلفة من الحمض الريبي النووي النقال.

(2) البدء هو الخطوة الثانية في تخليق البروتين.

لبدء الترجمة ، من الضروري التعرف بدقة على الكودون الأول الموجود مباشرة بعد تسلسل mRNA غير المترجم. كودون البادئ هو AUG ، والبادئ هو methionine-tRNA

MRNA لم يترجم لم يترجم لم يترجم

تسلسل تسلسل

الكودون الأول.

يستمر التعرف بمساعدة anticodon الحمض الريبي النووي النقال. تتم القراءة في اتجاه 5 '- 3'. يتطلب هذا الاعتراف تفاعلًا منظمًا مستهلكًا للطاقة (GTP) مع الريبوسومات المنفصلة. تتم هذه العملية بمشاركة بروتينات إضافية تسمى عوامل البدء (PIs) ، وهناك 8 منها ، وتتضمن العملية وحدات فرعية ريبوسوم 40S و 60S. دعنا نفكر في آلية بدء مفصلة.

1) 40S - ترتبط الوحدة الفرعية rRNA بمنطقة mRNA التي تسبق الكودون الأول. FI-3 يشارك في هذا.

2) أول aminoacyl-tRNA مشارك في ترجمة الكودون الأول يتفاعل مع GMF و PI-2. هذا المركب المتشكل في وجود PI-1 يربط الحمض الريبي النووي النقال بالكودون الأول للقالب ويشكل معقدًا بادئًا مع الوحدة الفرعية 40S الريبوسوم.

3) بعد إطلاق جميع عوامل البدء (PI-1،2،3) ، يتم ربط الوحدة الفرعية الريبوزومية 60S بـ GTP ، ويحدث التحلل المائي GTP. هذا يكمل تكوين جسيم ريبوسوم 80S كامل. وهكذا ، يتم تكوين مركب بادئ كامل: الريبوسوم - الرنا المرسال - الحمض الريبي النووي النقال.

يحتوي الريبوسوم المجمع بالكامل على موقعين وظيفيين للتفاعل مع جزيئات الحمض النووي الريبي. منطقة Peptidyl (منطقة P) - تحتوي على سلسلة بولي ببتيد متنامية كجزء من peptidyl-tRNA في مركب مع آخر كودون mRNA مترجم. تحتوي منطقة aminoacyl (A-region) على aminoacyl-tRNA ، المتصل بالكودون المقابل ، يدخل aminoacyl-tRNA في منطقة التكوين P ، تاركًا المنطقة A خالية من aminoacyl-tRNA التالي.

يمكننا تمثيل هذه العملية برمتها بشكل تخطيطي على النحو التالي:

1) يتم إرفاق الوحدة الفرعية 40S من الريبوسوم بمشاركة PI-3 بالتسلسل غير المترجم للـ mRNA مباشرة قبل الكودون الأول.

2) يتحد aminoacyl-tRNA مع GTP و PI-2 ، وبمشاركة PI-1 ، يرتبط بالكودون الأول ، أثناء تكوين مجمع بادئ مع الوحدة الفرعية 40S.

3) تم تحرير FI-1،2،3.

4) 60S- الوحدة الفرعية تتفاعل مع GTP ثم تعلق على مجمع البادئ. يتكون الريبوسوم 80S الكامل مع منطقة P ومنطقة A.

5) بعد تكوين مجمع البادئ باستخدام الكودون الأول ، يدخل aminoacyl-tRNA في منطقة التكوين P ، تاركًا المنطقة A خالية.

(3) الاستطالة هي استمرار التوليف. في هذه المرحلة ، يتم إطالة سلسلة الببتيد. في 80S الريبوسوم المتكون بالكامل في مرحلة البدء ، يكون الموقع A مجانيًا. في الواقع ، في عملية الاستطالة ، تتكرر باستمرار دورة من 3 مراحل:

1) الموقع الصحيح لل aminoacyl-tRNA القادم.

2) تكوين رابطة الببتيد.

3) حركة peptidyl-tRNA المشكلة حديثًا من الموقع A إلى الموقع P.

(1) - يتطلب إرفاق aminoacyl-tRNA المقابل (التالي) في الموقع A التعرف الدقيق على الكودون. يتم ذلك باستخدام أنتيكودون الحمض الريبي النووي النقال. يحدث ارتباط aminoacyl-tRNA بالريبوسوم بسبب تكوين مركب يتكون من aminoacyl-tRNA و GTP وعوامل استطالة البروتين (PE) ، وهناك أيضًا العديد منها. هذا يطلق مركب FE-HDF والفوسفات. ثم يتحول هذا المركب (FE - HDF) (بمشاركة GTP وعوامل بروتينية أخرى) مرة أخرى إلى FE - GTP.

(2) - المجموعة الأمينية ألفا من aminoacyl-tRNA الجديد في الموقع A تنفذ هجومًا محبًا للنواة على مجموعة الكربوكسيل المبنية من peptidyl - tRNA التي تحتل موقع P. يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة peptidyl transferase ، وهو مكون بروتيني جزء من الوحدة الفرعية للريبوسوم 60S. نظرًا لأن AA a aminoacyl-tRNA قد تم تنشيطه بالفعل ، فإن هذا التفاعل (تفاعل تكوين رابطة الببتيد) لا يتطلب طاقة إضافية. نتيجة للتفاعل ، يتم ربط سلسلة البولي ببتيد المتنامية بـ tRNA الموجود في الموقع A.

(3) - بعد إزالة بقايا الببتيدل من الحمض الريبي النووي النقال إلى المناطق P ، يترك جزيء الحمض النووي الريبي الحر المنطقة P. يشارك مجمع FE-2 - GTP في حركة peptidyl-tRNA المتشكل حديثًا من الموقع A إلى الموقع P ، مما يحرر الموقع A لدورة جديدة من الاستطالة. يُطلق على الجمع بين فصل الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (tRNA) ، وحركة peptidyl-tRNA المشكلة حديثًا من موقع A إلى موقع P ، وكذلك حركة mRNA بالنسبة إلى الريبوسوم ، الانتقال. نظرًا لأن تكوين aminoacyl-tRNA استهلك الطاقة التي تم الحصول عليها أثناء التحلل المائي لـ ATP إلى AMP ، وهذا يعادل طاقة التحلل المائي من 2ATP إلى 2 ADP ؛ يتطلب ربط aminoacyl-tRNA بالموقع A الطاقة التي تم الحصول عليها أثناء التحلل المائي لـ GTP إلى HDP ، وتم إنفاق جزيء GTP آخر على النقل. يمكننا أن نحسب أن تكوين رابطة ببتيدية واحدة يتطلب الطاقة التي يتم الحصول عليها من التحلل المائي لجزيئين ATP وجزيئين GTP.

يقدر معدل نمو سلسلة البولي ببتيد (أي معدل الاستطالة) في الجسم الحي بـ 10 بقايا من الأحماض الأمينية في الثانية. يتم تثبيط هذه العمليات بواسطة المضادات الحيوية المختلفة. لذلك ، يمنع puromycin الانتقال ، والتواصل مع

ف الموقع. الستربتومايسين ، المرتبط ببروتينات الريبوسوم ، يعطل التعرف على الكودون بواسطة anticodon. يرتبط الكلوروميسين بالموقع A ، ويمنع الاستطالة. من الناحية التخطيطية ، يمكن تمثيل ذلك على النحو التالي: 1) يتم إصلاح aminoacyl-tRNA التالي في الموقع A بسبب التعرف عليه بواسطة anticodon. يحدث المرفق بالاشتراك مع GTP و FE-1. في هذه الحالة ، يتم تحرير HDF - FE - 1 و FC ، والذي يتحول مرة أخرى إلى GTP - FE - 1 ويشارك في دورات جديدة. 2) يشكل الببتيد رابطة بين aminoacyl-tRNA المرفق والببتيد الموجود في الموقع P. 3) عندما تتشكل رابطة الببتيد هذه ، يتم فصل الحمض الريبي النووي النقال عن الببتيد ويترك الموقع P. 4) تم تشكيل peptidyl-tRNA حديثًا بمساعدة مركب GTP - FE2 ينتقل من A إلى موقع P ، ويتحلل مجمع GTP - FE2 إلى HDP - FE-2 و Fk. 5) نتيجة لهذه الحركة ، يتم تحرير الموقع A لتركيب aminoacyl-tRNA الجديد.

(4) -إنهاء - المرحلة الأخيرة من تخليق البروتين. بعد عدة دورات من الاستطالة ، ونتيجة لذلك يتم تصنيع سلسلة البروتين متعدد الببتيد ، في

يظهر رمز إنهاء أو هراء في الموقع أ. عادة ، لا توجد جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNAs) قادرة على التعرف على كودون لا معنى له. يتم التعرف عليها بواسطة بروتينات محددة - عوامل الإنهاء (عوامل R). إنهم يتعرفون على وجه التحديد على الكودون غير المعقول ، ويرتبط بالريبوسوم بالقرب من الموقع A ، مما يمنع ارتباط aminoacyl-tRNA التالي. توفر عوامل R ، بمشاركة GTP و peptidyl transferase ، تحللًا مائيًا للرابطة بين بولي ببتيد وجزيء الحمض الريبي النووي النقال الذي يحتل موقع P. بعد التحلل المائي وإطلاق بولي ببتيد و tRNA ، يتفكك الريبوسوم 80S إلى 40S و 60S ، والتي يمكن إعادة استخدامها في ترجمة mRNAs الجديدة.

قمنا بفحص نمو سلسلة بروتين واحدة على ريبوسوم واحد مرتبط بجزيء mRNA واحد. في الواقع ، تستمر العملية بشكل أكثر كفاءة ، حيث يتم عادةً ترجمة mRNA في وقت واحد ليس على ريبوسوم واحد ، ولكن على مجمعات ريبوسومية (polysomes) ، ويتم تنفيذ كل مرحلة من مراحل الترجمة (البدء ، والاستطالة ، والإنهاء) بواسطة كل ريبوسوم في هذا البوليسوم ، في هذا المركب الريبوسومي ، وهذا يعني أنه يصبح من الممكن تصنيع عدة نسخ من عديد الببتيد قبل شق الرنا المرسال.

تختلف أحجام المجمعات المتعددة بشكل كبير وعادة ما يتم تحديدها حسب حجم جزيء الرنا المرسال. يمكن لجزيئات mRNA الكبيرة جدًا أن تشكل مجمعات تحتوي على 50-100 ريبوسوم. ومع ذلك ، في كثير من الأحيان ، يحتوي المجمع على 3 إلى 20 ريبوسوم.

في الخلايا الحيوانية والبشرية ، يتم تصنيع العديد من البروتينات من mRNA في شكل جزيئات سليفة ، والتي يجب تعديلها بعد ذلك لتشكيل جزيئات نشطة ، عن طريق القياس مع تخليق NA. يمكن أن يحدث واحد أو أكثر من التعديلات التالية اعتمادًا على البروتين.

1) تكوين رابطة ثاني كبريتيد.

2) إرفاق العوامل المساعدة والإنزيمات المشتركة.

3) الانضمام إلى المجموعات التعويضية.

4) التحلل البروتيني الجزئي (الأنسولين - الأنسولين).

5) تكوين أوليغومرات.

6) التعديل الكيميائي (الأسيلة ، الأمينية ، المثيلة ، الفسفرة ، الكربوكسيل ، إلخ) - يُعرف أكثر من 150 تعديلًا كيميائيًا لـ AA في جزيء البروتين.

كل هذه التعديلات تؤدي إلى تغييرات في بنية ونشاط البروتينات.

الكود الجيني.

حقيقة أن نقل المعلومات الجينية إلى الحمض النووي يحدث بمساعدة جزيء mRNA تم اقتراحه لأول مرة في عام 1961 من قبل F.Jacob و J. Mono. الأعمال اللاحقة (M. Nirenberg ، H.G. Korana ، R. Holly):

Nirenberg - درس تخليق polypeptides وربط aminoacyl-tRNA بالريبوسومات.

H.G. Korana - طور طريقة للتخليق الكيميائي للبولي وأوليغنوكليوتيدات.

R.U. Holii - فك شفرة بنية الحمض النووي مع موقع anticodon.

1) أكد فرضية مشاركة مرنا

2) أظهروا الطبيعة الثلاثية للشفرة ، والتي بموجبها يتم برمجة كل AK في mRNA بواسطة 3 قواعد ، تسمى كودون

3) وجد أن كود mRNA يُقرأ عن طريق التعرف التكميلي بواسطة كودون tRNA anticodon الثلاثي.

4) إنشاء مراسلات بين AK ومعظم الكودونات الـ 64 الممكنة. حاليًا ، من المعروف أن 61 كودونًا تقوم بترميز AK ، و 3 هي إشارات إنهاء (كودون لا معنى له).

كان يعتقد أن الكود الجيني عالمي ، أي أنه بالنسبة لجميع الكائنات الحية وجميع أنواع الخلايا ، يتم استخدام نفس القيم لجميع الكودونات. ومع ذلك ، فإن الأبحاث الحديثة الحمض النووي للميتوكوندريا أظهر أن النظام الجيني للميتوكوندريا يختلف اختلافًا كبيرًا عن النظام الجيني للتكوينات الأخرى (النواة ، البلاستيدات الخضراء) ، أي أن بعض الكودونات تقرأ الحمض الريبي النووي النقال للميتوكوندريا بشكل مختلف عن الحمض الريبي النووي النقال للتكوينات الأخرى. نتيجة لذلك ، تتطلب الميتوكوندريا 22 نوعًا فقط من الحمض الريبي النووي النقال. في الوقت نفسه ، يتم استخدام 31 - 32 نوعًا من الحمض الريبي النووي النقال لتخليق البروتين في السيتوبلازم ، أي المجموعة الكاملة من الحمض النووي الريبوزي.

18 من أصل 20 AK يتم ترميزها بأكثر من كودون واحد (2 ، 3 ، 4 ، 6) - تسمى هذه الخاصية "انحلال" الكود وهي مهمة للكائن الحي. بسبب الانحطاط ، لا تتسبب بعض الأخطاء في النسخ أو النسخ في تشويه المعلومات الجينية. لا يتداخل الكود الجيني ولا يحتوي على علامات ترقيم ، أي أن القراءة تسير دون أي فجوات ، بالتتابع ، حتى يتم الوصول إلى الكودون اللامعقول. في الوقت نفسه ، تمت ملاحظة خاصية مختلفة تمامًا للفيروسات - يمكن أن تتداخل الكودونات:

1) إذا حدث الاستبدال عند النوكليوتيدات الثالثة من الكودون ، فبسبب "انحلال" الكود ، هناك احتمال أن يظل تسلسل AK دون تغيير ولن تظهر الطفرة.

2) قد يحدث تأثير الخطأ عندما يتم استبدال AK بآخر ؛ قد يكون هذا الاستبدال مقبولًا أو مقبولًا جزئيًا أو غير مقبول ، أي أن وظيفة البروتين تتأثر أو تتعطل أو تُفقد تمامًا.

3) نتيجة للطفرات ، يمكن تكوين كودون لا معنى له. يمكن أن يؤدي تكوين كودون لا معنى له (كود الإنهاء) إلى الإنهاء المبكر لتخليق البروتين.

لتلخيص ما سبق:

1) من الناحية الجينية ، تتكون الشفرة ("لغة الحياة") من سلسلة من الكودونات ، والتي في الواقع تشكل الجين.

2) الشفرة الوراثية ثلاثية ، أي أن كل كودون يتكون من ثلاثة نيوكليوتيدات ، أي أن كل كودون يشفر 1 AK. في هذه الحالة ، هناك 64 توليفة ممكنة من 4 أنواع من نيوكليوتيدات الحمض النووي ، وهو أكثر من كافٍ لـ 20 AA.

3) الرمز "متدهور" - أي أنه يمكن ترميز AK بواسطة 2 ، 3 ، 4 ، 6 كودونات.

4) الرمز لا لبس فيه ، أي أن كودون واحد يشفر AK واحد فقط.

5) الكود غير متداخل ، ثم لا توجد نيوكليوتيدات مدرجة في كودونين متجاورين.

6) الكود "بدون فواصل" ، أي أنه لا توجد نيوكليوتيدات بين كودونين متجاورين.

8) يتوافق تسلسل AK في بولي ببتيد مع تسلسل الكودونات في الجين - تسمى هذه الخاصية العلاقة الخطية المتداخلة.

معلومات مماثلة.

تتميز الأوقات التي نعيشها بتغييرات هائلة ، وتقدم هائل ، عندما يتلقى الناس إجابات على المزيد والمزيد من الأسئلة الجديدة. الحياة تتقدم بسرعة ، وما بدا مستحيلًا حتى وقت قريب بدأ يتحقق. من المحتمل تمامًا أن ما يبدو اليوم مؤامرة من هذا النوع من الخيال ، سيكتسب قريبًا أيضًا ميزات الواقع.

كان أحد أهم الاكتشافات في النصف الثاني من القرن العشرين هو الحمض النووي RNA و DNA ، والذي بفضله اقترب الإنسان من حل ألغاز الطبيعة.

احماض نووية

الأحماض النووية هي مركبات عضوية ذات خصائص وزن جزيئي عالية. وهي تتكون من الهيدروجين والكربون والنيتروجين والفوسفور.

تم اكتشافها في عام 1869 من قبل F.Mيشير ، الذي فحص القيح. ومع ذلك ، فإن اكتشافه لم يكن له أهمية كبيرة. فقط في وقت لاحق ، عندما تم العثور على هذه الأحماض في جميع الخلايا الحيوانية والنباتية ، جاء فهم دورها الضخم.

هناك نوعان من الأحماض النووية: RNA و DNA (الحمض النووي الريبي و deoxyribonucleic acids). تتناول هذه المقالة الحمض النووي الريبي ، ولكن من أجل فهم عام ، دعنا أيضًا نفكر في ماهية الحمض النووي.

ماذا

يتكون الحمض النووي من خيطين متصلين وفقًا لقانون التكامل بواسطة روابط هيدروجينية للقواعد النيتروجينية. السلاسل الطويلة ملتوية في شكل حلزون ؛ يحتوي الدور الواحد على ما يقرب من عشرة نيوكليوتيدات. يبلغ قطر اللولب المزدوج مليمتران ، والمسافة بين النيوكليوتيدات حوالي نصف نانومتر. يصل طول الجزيء الواحد أحيانًا إلى عدة سنتيمترات. يبلغ طول الحمض النووي لنواة خلية بشرية ما يقرب من مترين.

تحتوي بنية الحمض النووي على كل الحمض النووي له تكرار ، مما يعني عملية يتم خلالها تكوين جزيئين متطابقين تمامًا من جزيء واحد - جزيئات ابنة.

كما لوحظ بالفعل ، تتكون السلسلة من نيوكليوتيدات ، والتي بدورها تتكون من قواعد نيتروجينية (الأدينين ، الجوانين ، الثايمين والسيتوزين) وبقايا حمض الفوسفور. تختلف جميع النيوكليوتيدات في القواعد النيتروجينية. لا توجد الرابطة الهيدروجينية بين جميع القواعد ؛ فعلى سبيل المثال ، يمكن للأدينين أن يرتبط فقط مع الثايمين أو الجوانين. وبالتالي ، هناك العديد من نيوكليوتيدات الأدينيل في الجسم مثل نيوكليوتيدات ثيميديل ، وعدد نيوكليوتيدات الغوانيل يساوي نيوكليوتيدات السيتيد (قاعدة Chargaff). اتضح أن تسلسل إحدى السلاسل يحدد مسبقًا تسلسل الآخر ، والسلاسل ، كما كانت ، تعكس بعضها البعض. يسمى هذا النمط ، حيث يتم ترتيب نيوكليوتيدات السلسلتين بطريقة منظمة ، وأيضًا الانضمام بشكل انتقائي ، بمبدأ التكامل. بالإضافة إلى مركبات الهيدروجين ، فإن الحلزون المزدوج هو أيضًا كاره للماء.

يتم توجيه السلسلتين بشكل معاكس ، أي تقع في اتجاهين متعاكسين. لذلك ، مقابل الثلاثة "نهاية واحد هو خمسة" - نهاية السلسلة الأخرى.

ظاهريًا ، يشبه سلمًا حلزونيًا ، يكون سكة الحديد العمود الفقري للسكر والفوسفات ، والخطوات هي قواعد نيتروجين تكميلية.

ما هو حمض الريبونوكليك؟

الحمض النووي الريبي هو حمض نووي يحتوي على مونومرات تسمى الريبونوكليوتيدات.

بواسطة الخواص الكيميائية إنه مشابه جدًا للحمض النووي ، نظرًا لأن كلاهما عبارة عن بوليمرات من النيوكليوتيدات ، وهي عبارة عن N-glycoside فسفوليت ، وهي مبنية على بقايا بنتوز (سكر من خمسة كربون) ، مع مجموعة فوسفات من ذرة الكربون الخامسة وقاعدة نيتروجين عند أول ذرة كربون.

إنها سلسلة أحادية النوكليوتيد (بخلاف الفيروسات) وهي أقصر بكثير من تلك الموجودة في الحمض النووي.

مونومر واحد من الحمض النووي الريبي هو بقايا المواد التالية:

• قاعدة النيتروجين
• سكاريد أحادي من خمسة كربون.
• حمض الفوسفور.

تحتوي الحمض النووي الريبي على قواعد بيريميدين (اليوراسيل والسيتوزين) والبيورين (الأدينين والجوانين). الريبوز هو أحادي السكاريد النوكليوتيدات RNA.

الاختلافات بين الحمض النووي الريبي والحمض النووي

تختلف الأحماض النووية عن بعضها البعض في الخصائص التالية:

• يعتمد مقدارها في الخلية على الحالة الفسيولوجية والعمر وانتماء العضو ؛
• يحتوي الحمض النووي على كربوهيدرات ديوكسيريبوز ، ويحتوي الحمض النووي الريبي على ريبوز ؛
• القاعدة النيتروجينية في الحمض النووي هي الثايمين ، وفي الحمض النووي الريبي هو اليوراسيل.
• تؤدي الفصول وظائف مختلفة ، ولكن يتم تصنيعها على مصفوفة DNA ؛
• يتكون الحمض النووي من حلزون مزدوج ويتكون الحمض النووي الريبي من خيط واحد ؛
• تمثيل الحمض النووي غير معهود بالنسبة لها ؛
• يحتوي RNA على المزيد من القواعد الثانوية ؛
• سلاسل تختلف اختلافا كبيرا في الطول.

تاريخ الدراسة

تم اكتشاف خلية RNA لأول مرة من قبل عالم الكيمياء الحيوية من ألمانيا R. Altman في دراسة خلايا الخميرة. في منتصف القرن العشرين ، تم إثبات دور الحمض النووي في علم الوراثة. عندها فقط تم وصف أنواع RNA والوظائف وما إلى ذلك. ما يصل إلى 80-90 ٪ من الكتلة في الخلية تقع على r-RNA ، والتي تشكل مع البروتينات ريبوسوم وتشارك في التخليق الحيوي للبروتين.

في الستينيات من القرن الماضي ، اقترح لأول مرة أنه يجب أن يكون هناك نوع يحمل المعلومات الجينية لتخليق البروتين. بعد ذلك ، ثبت علميًا أن هناك مثل هذه الأحماض الريبونية المعلوماتية ، والتي تمثل نسخًا مكملة للجينات. وتسمى أيضًا الرسول RNAs.

وتشارك ما يسمى بأحماض النقل في فك تشفير المعلومات المسجلة فيها.

في وقت لاحق ، تم تطوير طرق لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات وإنشاء بنية الحمض النووي الريبي في الفضاء الحمضي. لذلك تم اكتشاف أن بعضها ، يسمى الريبوزيمات ، يمكن أن يشق سلاسل البولي ريبونوكليوتيد. نتيجة لذلك ، بدأ الافتراض أنه في الوقت الذي ولدت فيه الحياة على هذا الكوكب ، كان الحمض النووي الريبي يعمل بدون الحمض النووي والبروتينات. علاوة على ذلك ، تم إجراء جميع التحولات بمشاركتها.

هيكل جزيء الحمض النووي الريبي

جميع الرناوات تقريبًا عبارة عن خيوط مفردة من عديد النيوكليوتيدات ، والتي بدورها تتكون من أحادي نيوكليوتيدات - قواعد البيورين والبيريميدين.

يتم تحديد النيوكليوتيدات بأحرف أساسية أولية:

• الأدينين (أ) ، أ ؛
• جوانين (G) ، G ؛
• السيتوزين (ج) ، ج ؛
• اليوراسيل (يو) ، دبليو.

ترتبط ببعضها البعض من خلال روابط مكونة من ثلاثة وخمسة فوسفودايستر.

يتم تضمين عدد مختلف جدًا من النيوكليوتيدات (من عدة عشرات إلى عشرات الآلاف) في بنية الحمض النووي الريبي. يمكن أن تشكل هيكلًا ثانويًا ، يتكون أساسًا من خيوط قصيرة مزدوجة الجديلة تتشكل بواسطة قواعد تكميلية.

هيكل جزيء الحمض النووي الريبي

كما ذكرنا سابقًا ، يحتوي الجزيء على هيكل أحادي السلسلة. يتلقى RNA بنية وشكل ثانوي نتيجة تفاعل النيوكليوتيدات مع بعضها البعض. وهو عبارة عن بوليمر ، يكون المونومر منه نيوكليوتيد يتكون من سكر وبقايا حمض الفوسفور وقاعدة نيتروجين. ظاهريًا ، يبدو الجزيء وكأنه أحد خيوط الحمض النووي. النيوكليوتيدات الأدينين والجوانين ، والتي هي جزء من الحمض النووي الريبي ، هي البيورين. السيتوزين واليوراسيل قواعد بيريميدين.

عملية التوليف

لكي يتم تصنيع جزيء RNA ، يكون القالب هو جزيء DNA. ومع ذلك ، هناك عملية معاكسة ، عندما يتم تكوين جزيئات جديدة من حمض الديوكسي ريبونوكلييك على مصفوفة ريبونوكلي. يحدث هذا عندما تتكاثر أنواع معينة من الفيروسات.

يمكن أيضًا أن تعمل جزيئات أخرى من حمض الريبونوكلييك كأساس للتخليق الحيوي. تشارك العديد من الإنزيمات في نسخها ، والذي يحدث في نواة الخلية ، ولكن أهمها هو بوليميريز RNA.

أنواع

اعتمادًا على نوع RNA ، تختلف وظائفه أيضًا. هناك عدة أنواع:

• المعلوماتية i-RNA ؛
• ribosomal r-RNA ؛
• نقل t-RNA ؛
• تحت السن القانوني؛
• الريبوزيمات.
• على نطاق واسع.

حمض النووي الريبي المعلوماتي

تسمى هذه الجزيئات أيضًا جزيئات المصفوفة. يشكلون حوالي 2٪ من الإجمالي في الخلية. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم تصنيعها في النواة على قوالب الحمض النووي ، ثم تنتقل إلى السيتوبلازم وترتبط بالريبوسومات. علاوة على ذلك ، فإنها تصبح قوالب لتخليق البروتين: يتم ربط RNAs التي تحمل الأحماض الأمينية بها. هذه هي الطريقة التي تتم بها عملية تحويل المعلومات ، والتي تتحقق في البنية الفريدة للبروتين. في بعض الحمض النووي الريبي الفيروسي ، يكون أيضًا كروموسومًا.

جاكوب ومانو هما مكتشفو هذا النوع. نظرًا لعدم وجود بنية صلبة ، فإن سلسلتها تشكل حلقات منحنية. لا يعمل ، يتجمع i-RNA في طيات وينطوي على شكل كرة ، وفي حالة العمل تتكشف.

يحمل i-RNA معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الذي يتم تصنيعه. يتم ترميز كل حمض أميني في مكان معين باستخدام أكواد جينية تتميز بما يلي:

• تضاعف ثلاثي - من أربعة أحاديات نيوكليوتيد ، من الممكن بناء أربعة وستين كودونًا (رمز جيني) ؛
• عدم التداخل - المعلومات تتحرك في اتجاه واحد ؛
• الاستمرارية - يتم تقليل مبدأ العمل إلى حقيقة أن الحمض النووي الريبي واحد هو بروتين واحد ؛
• العالمية - يتم ترميز نوع أو آخر من الأحماض الأمينية في جميع الكائنات الحية بنفس الطريقة ؛
• انحلال - عشرين حمضًا أمينيًا معروفًا ، وكودونات - واحد وستون ، أي أنها مشفرة بعدة أكواد جينية.

حمض الريبوسوم النووي

تشكل هذه الجزيئات الغالبية العظمى من الحمض النووي الريبي الخلوي ، أي من ثمانين إلى تسعين بالمائة من المجموع. ترتبط بالبروتينات وتشكل الريبوسومات - وهي عضيات تصنع البروتينات.

الريبوسومات هي 65٪ r-RNA و 35٪ بروتين. هذه السلسلة متعددة النوكليوتيد تنحني بسهولة مع البروتين.

يتكون الريبوسوم من مناطق الأحماض الأمينية والببتيد. تقع على أسطح التلامس.

تتحرك الريبوسومات بحرية في الأماكن الصحيحة. فهي ليست محددة جدًا ولا يمكنها قراءة المعلومات من i-RNA فحسب ، بل يمكنها أيضًا تكوين نموذج معها.

حمض النووي الريبي النقل

t-RNA هو الأكثر دراسة. أنها تشكل عشرة في المئة من حمض النووي الريبي الخلوي. ترتبط هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي بالأحماض الأمينية بفضل إنزيم خاص ويتم توصيلها إلى الريبوسومات. في هذه الحالة ، يتم نقل الأحماض الأمينية بواسطة جزيئات النقل. ومع ذلك ، يحدث أن يتم ترميز الحمض الأميني بواسطة أكواد مختلفة. ثم سيتم نقلهم بواسطة عدة RNAs للنقل.

تتجعد إلى كرة عندما تكون غير نشطة ، وعندما تعمل ، تبدو مثل ورقة البرسيم.

وتتميز فيه المجالات التالية:

• جذع مستقبلي له تسلسل نيوكليوتيد ACC ؛
• موقع للانضمام إلى الريبوسوم ؛
• مضاد للشفرات يشفر حمض أميني مرتبط بهذا t-RNA.

حمض نووي صغير

في الآونة الأخيرة ، تم تجديد أنواع الرنا بفئة جديدة ، تسمى الرنا الصغير. هم على الأرجح منظمات عالمية تعمل على تشغيل الجينات أو إيقاف تشغيلها أثناء التطور الجنيني ، وكذلك التحكم في العمليات داخل الخلايا.

تم تحديد الريبوزيمات مؤخرًا ، وهي تشارك بنشاط عندما يتم تخمير حمض RNA ، بينما تكون محفزًا.

أحماض فيروسية

الفيروس قادر على احتواء إما الحمض النووي الريبي أو حمض الديوكسي ريبونوكلييك. لذلك ، مع الجزيئات المقابلة ، يطلق عليهم اسم RNA المحتوي. عندما يدخل مثل هذا الفيروس إلى الخلية ، يحدث النسخ العكسي - يظهر DNA جديد على أساس الحمض النووي الريبي ، الذي يتم دمجه في الخلايا ، مما يضمن وجود الفيروس وتكاثره. في حالة أخرى ، يتم تكوين الحمض النووي الريبي التكميلي على الحمض النووي الريبي المستلم. الفيروسات عبارة عن بروتينات ، والنشاط الحيوي والتكاثر يحدث بدون الحمض النووي ، ولكن فقط على أساس المعلومات الواردة في الحمض النووي الريبي للفيروس.

تكرار

من أجل تحسين الفهم العام ، من الضروري النظر في عملية النسخ المتماثل التي ينتج عنها جزيئين متطابقين من الحمض النووي. هكذا يبدأ انقسام الخلية.

وهو يتضمن بوليميرات الحمض النووي ، والحمض النووي المعتمد على الحمض النووي ، والبوليميرات RNA و ligases DNA.

تتكون عملية النسخ من المراحل التالية:

• نزع اللفائف - هناك فك تسلسلي للحمض النووي للأم ، والذي يلتقط الجزيء بأكمله ؛
• كسر روابط الهيدروجين ، حيث تتباعد السلاسل ، وتظهر شوكة متماثلة ؛
• تعديل dNTPs لقواعد السلاسل الأم المحررة ؛
• انقسام البيروفوسفات من جزيئات dNTP وتشكيل روابط الفوسفوروديستر بسبب الطاقة المنبعثة ؛
• التنفس.

بعد تكوين جزيء الابنة ، يتم تقسيم النواة والسيتوبلازم والباقي. وهكذا ، يتم تكوين خليتين ابنتيتين ، تلقتا بالكامل جميع المعلومات الجينية.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم ترميز البنية الأساسية للبروتينات التي يتم تصنيعها في الخلية. يأخذ الحمض النووي في هذه العملية جزءًا غير مباشر ، وليس مباشرًا ، والذي يتمثل في حقيقة أن تركيب البروتينات المشاركة في تكوين الحمض النووي الريبي يحدث على الحمض النووي. هذه العملية تسمى النسخ.

النسخ

يحدث تخليق جميع الجزيئات أثناء النسخ ، أي إعادة كتابة المعلومات الجينية من مشغل DNA محدد. تشبه العملية في بعض النواحي النسخ المتماثل ، وفي حالات أخرى تختلف كثيرًا عنها.

أوجه التشابه هي الأجزاء التالية:

• يبدأ بتفكيك الحمض النووي DNA ؛
• هناك تمزق في الروابط الهيدروجينية بين قواعد السلاسل ؛
• nTFs مكملة لها ؛
• تتشكل روابط الهيدروجين.

الاختلافات عن النسخ المتماثل:

• أثناء النسخ ، يتم فك جزء DNA المقابل للنسخة فقط ، بينما يتم فك الجزيء بأكمله أثناء النسخ المتماثل ؛
• أثناء النسخ ، تحتوي NTFs المعدلة على ريبوز ، وبدلاً من الثايمين ، اليوراسيل ؛
• يتم شطب المعلومات من منطقة معينة فقط ؛
• بعد تكوين الجزيء ، تنكسر روابط الهيدروجين والسلسلة المركبة ، وتنزلق السلسلة عن الحمض النووي.

من أجل الأداء الطبيعي ، يجب أن يتكون الهيكل الأساسي للـ RNA فقط من مناطق DNA المشطوبة من exons.

يبدأ الحمض النووي الريبي المشكل حديثًا عملية النضج. يتم قطع المناطق الصامتة ، ويتم خياطة المناطق المفيدة معًا ، لتشكيل سلسلة عديد النوكليوتيد. علاوة على ذلك ، لكل نوع تحولات متأصلة فيه فقط.

في i-RNA ، يحدث التعلق بالنهاية الأولية. يتم إرفاق مادة البولي أدينيلات بالموقع النهائي.

في قواعد t-RNA يتم تعديلها وتشكيل أنواع ثانوية.

في r-RNA ، يتم أيضًا ميثلة القواعد الفردية.

حماية ضد التدمير وتحسين نقل البروتينات إلى السيتوبلازم. الحمض النووي الريبي في حالة ناضجة يرتبط بهم.

قيمة أحماض الديوكسي ريبونوكلييك والريبونوكليك

الأحماض النووية لها أهمية كبيرة في حياة الكائنات الحية. يخزنون وينقلون إلى السيتوبلازم ويرثون معلومات عن البروتينات التي يتم تصنيعها في كل خلية إلى الخلايا الوليدة. إنها موجودة في جميع الكائنات الحية ، ويلعب استقرار هذه الأحماض دورًا أساسيًا في الأداء الطبيعي للخلايا والكائن الحي بأكمله. أي تغييرات في هيكلها ستؤدي إلى تغييرات خلوية.

موضوع محاضرة اليوم هو تخليق DNA و RNA والبروتينات. يسمى تخليق الحمض النووي النسخ المتماثل أو المضاعفة (المضاعفة) ، ويسمى تخليق الحمض النووي الريبي النسخ (إعادة الكتابة بالحمض النووي) ، ويطلق على تخليق البروتين الذي يقوم به الريبوسوم على الحمض النووي الريبي الرسول الترجمة ، أي أننا نترجم من لغة النيوكليوتيدات إلى لغة الأحماض الأمينية.

سنحاول تقديم نظرة عامة موجزة عن كل هذه العمليات ، وفي نفس الوقت نركز على مزيد من التفاصيل حول التفاصيل الجزيئية حتى تحصل على فكرة عن مدى عمق دراسة هذا الموضوع.

تكرار الحمض النووي

يتضاعف جزيء الحمض النووي ، الذي يتكون من حلزونين ، مع انقسام الخلية. تعتمد مضاعفة الحمض النووي على حقيقة أنه من خلال إزالة الخيوط ، يمكن إضافة نسخة تكميلية إلى كل خيط ، وبالتالي الحصول على شريطين من جزيء الحمض النووي الذي ينسخ الأصلي.

واحدة من معلمات الحمض النووي موضحة هنا أيضًا ، هذه هي الخطوة الحلزونية ، هناك 10 أزواج قاعدية لكل منعطف كامل ، لاحظ أن خطوة واحدة ليست بين أقرب نتوءات ، ولكن بعد خطوة واحدة ، لأن الحمض النووي يحتوي على أخدود صغير وآخر كبير. تتفاعل البروتينات التي تتعرف على تسلسل النوكليوتيدات مع الحمض النووي من خلال الأخدود الكبير. تبلغ درجة اللولب 34 أنجستروم ، وقطر اللولب المزدوج 20 أنجستروم.

يتم إجراء تكرار الحمض النووي بواسطة إنزيم DNA polymerase. هذا الإنزيم قادر على نمو الحمض النووي فقط في النهاية 3΄. تذكر أن جزيء الحمض النووي غير متوازي ، وتسمى نهاياته المختلفة نهاية 3΄ و 5΄ نهاية. عند توليف نسخ جديدة على كل خيط ، يتم إطالة خصلة جديدة في الاتجاه من 5 درجات إلى 3 درجات ، والآخر في الاتجاه من 3 درجات إلى الطرف 5. ومع ذلك ، لا يمكن أن تنمو نهاية 5΄ لبوليميراز DNA. لذلك ، فإن تركيب خيط واحد من الحمض النووي ، الذي ينمو في الاتجاه "الملائم" للإنزيم ، يستمر باستمرار (يطلق عليه الخيط الرئيسي أو الرائد) ، ويتم توليف خيط آخر في أجزاء قصيرة (يطلق عليها شظايا Okazaki بعد العالم الذي وصفها). ثم يتم حياكة هذه الأجزاء معًا ، ويسمى هذا الخيط متخلفًا ؛ بشكل عام ، يكون تكرار هذا الخيط أبطأ. تسمى البنية التي تتشكل أثناء النسخ المتماثل شوكة النسخ المتماثل.

إذا نظرنا إلى تكرار الحمض النووي للبكتيريا ، ويمكن ملاحظة ذلك في المجهر الإلكتروني ، فسنرى أنه يشكل أولاً "ثقبًا في الباب" ، ثم يتمدد ، وفي النهاية يتم نسخ جزيء الحمض النووي الدائري بالكامل. تتم عملية النسخ بدقة كبيرة ، ولكنها ليست مطلقة. يرتكب بوليميراز الحمض النووي البكتيري أخطاءً ، أي أنه يدخل النيوكليوتيدات الخاطئة التي كانت موجودة في قالب جزيء الحمض النووي ، تقريبًا بتردد 10-6. في حقيقيات النوى ، تعمل الإنزيمات بشكل أكثر دقة ، نظرًا لأنه يتم ترتيبها بشكل أكثر تعقيدًا ، يقدر مستوى الأخطاء أثناء تكرار الحمض النووي عند البشر بـ 10-7-10 -8. يمكن أن تختلف دقة النسخ المتماثل في أجزاء مختلفة من الجينوم ، وهناك مناطق ذات تواتر متزايد للطفرات وهناك مناطق أكثر تحفظًا حيث تكون الطفرات نادرة. وفي هذا ، يجب التمييز بين عمليتين مختلفتين: عملية ظهور طفرة الحمض النووي وعملية إصلاح الطفرة. بعد كل شيء ، إذا كانت الطفرات قاتلة ، فلن تظهر في الأجيال القادمة ، وإذا لم يكن الخطأ قاتلاً ، فسيترسخ في الأجيال القادمة ، وسنكون قادرين على مراقبة مظاهره ودراستها. ميزة أخرى لتضاعف الحمض النووي هي أن بوليميراز الدنا لا يمكنه بدء عملية التوليف من تلقاء نفسه ، فهو يحتاج إلى "بذرة". عادة ، يتم استخدام جزء RNA مثل هذا التمهيدي. إذا كنا نتحدث عن الجينوم البكتيري ، فهناك نقطة خاصة تسمى أصل التكرار ، في هذه المرحلة يوجد تسلسل يتعرف عليه الإنزيم الذي يصنع الحمض النووي الريبي. إنه ينتمي إلى فئة بوليميرات الرنا ، وفي هذه الحالة يسمى بريماز. لا تحتاج بوليميرات الحمض النووي الريبي إلى بذور ، وهذا الإنزيم يصنع جزءًا قصيرًا من الحمض النووي الريبي - "البذرة" التي يبدأ منها تخليق الحمض النووي.

النسخ

العملية التالية هي النسخ. دعونا نتناولها بمزيد من التفصيل.

النسخ هو توليف الحمض النووي الريبي على الحمض النووي ، أي أن تخليق الشريط التكميلي من الحمض النووي الريبي على جزيء الحمض النووي يتم بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي. تحتوي البكتيريا ، مثل E. coli ، على بوليميريز RNA واحد ، وجميع الإنزيمات البكتيرية متشابهة جدًا مع بعضها البعض. الكائنات الحية الأعلى (حقيقيات النوى) لديها العديد من الإنزيمات ، تسمى RNA polymerase I ، RNA polymerase II ، RNA polymerase III ، كما أنها تشبه الإنزيمات البكتيرية ، لكنها أكثر تعقيدًا ، فهي تحتوي على المزيد من البروتينات. كل نوع من أنواع بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقية النواة له وظائفه الخاصة ، أي أنه ينسخ مجموعة معينة من الجينات. يُطلق على خيط الحمض النووي الذي يعمل كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي أثناء النسخ معنى أو قالب. يُطلق على الخيط الثاني من الحمض النووي اسم noncoding (لا يقوم الحمض النووي الريبي التكميلي الخاص به بتشفير البروتينات ، فهو "لا معنى له").

هناك ثلاث مراحل في عملية النسخ. المرحلة الأولى هي بدء النسخ - بداية تخليق خيوط الحمض النووي الريبي ، يتم تشكيل الرابطة الأولى بين النيوكليوتيدات. ثم ينمو الخيط ، ويطول - استطالة ، وعندما يكتمل التوليف ، يحدث الإنهاء ، ويتم إطلاق الحمض النووي الريبي المركب. وفي الوقت نفسه ، فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي "يتقشر" من الحمض النووي وهو جاهز لدورة جديدة من النسخ. تمت دراسة بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري بتفصيل كبير. يتكون من عدة وحدات فرعية بروتينية: وحدتان فرعيتان α (وحدات فرعية صغيرة) ، ووحدات فرعية β و β΄ (وحدات فرعية كبيرة) ووحدة فرعية. يشكلون معًا ما يسمى بالحد الأدنى من الإنزيم أو الإنزيم الأساسي. يمكن ربط الوحدة الفرعية σ بهذا الإنزيم الأساسي. تعد الوحدة الفرعية σ ضرورية لبدء تخليق الحمض النووي الريبي ، لبدء النسخ. بعد إجراء البدء ، يتم فصل الوحدة الفرعية σ عن المجمع ، ويتم تنفيذ مزيد من العمل (استطالة السلسلة) بواسطة الإنزيم الأساسي. عند ربطها بالحمض النووي ، تتعرف الوحدة الفرعية على الموقع الذي يجب أن يبدأ النسخ منه. يطلق عليه المروج. المحفز هو سلسلة من النيوكليوتيدات تشير إلى بداية تخليق الحمض النووي الريبي. لا يستطيع المروج التعرف على الإنزيم الأساسي بدون الوحدة الفرعية σ. تسمى الوحدة الفرعية σ مع الإنزيم الأساسي بالإنزيم الكامل أو الإنزيم المجسم.

بعد الارتباط بالحمض النووي ، وبالتحديد مع المروج المعترف به من قبل الوحدة الفرعية σ ، يقوم الإنزيم المجسم بفك الحلزون المزدوج الشريطة ويبدأ في تخليق الحمض النووي الريبي. منطقة الحمض النووي غير الملفوف هي نقطة بدء النسخ ، وهي أول نيوكليوتيد يجب أن يرتبط به الريبونوكليوتيد. يبدأ النسخ ، وتترك الوحدة الفرعية σ ، ويستمر الإنزيم الأساسي في إطالة سلسلة RNA. ثم يحدث الإنهاء ، يتم إطلاق الإنزيم الأساسي ويصبح جاهزًا لدورة توليف جديدة.

كيف يحدث استطالة النسخ؟

يتم بناء الحمض النووي الريبي في نهاية 3. من خلال ربط كل نوكليوتيد ، يتقدم الإنزيم الأساسي على طول الحمض النووي ويغير نوكليوتيد واحد. بما أن كل شيء في العالم نسبي ، فيمكننا القول إن إنزيم النواة لا يتحرك ، والحمض النووي "يُسحب" من خلاله. من الواضح أن النتيجة ستكون هي نفسها. لكننا سنتحدث عن الحركة على طول جزيء الحمض النووي. حجم مركب البروتين المكون للإنزيم الأساسي هو 150 Ǻ. أبعاد بوليميراز RNA هي 150 × 115 × 110. أي أنها آلة نانوية. تصل سرعة بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى 50 نيوكليوتيد في الثانية. يسمى معقد الإنزيم الأساسي مع DNA و RNA مجمع الاستطالة. يحتوي على هجين DNA-RNA. أي أن هذه هي المنطقة التي يتم فيها إقران الحمض النووي مع الحمض النووي الريبي ، والنهاية الثالثة للحمض النووي الريبي مفتوحة لمزيد من النمو. حجم هذا الهجين هو 9 نقاط أساس. امتداد الحمض النووي غير الملتوي هو حوالي 12 زوجًا قاعديًا.

يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بالحمض النووي أمام المنطقة غير الملفوفة. تسمى هذه المنطقة المزدوجة الأمامية للحمض النووي وهي بحجم 10 أزواج قاعدية. يرتبط البوليميراز أيضًا بقطعة أطول من الحمض النووي تسمى الاتجاه المزدوج الخلفي للحمض النووي. يمكن أن يصل حجم الحمض النووي الريبي المرسال الذي يصنع بوليمرات الحمض النووي الريبي في البكتيريا إلى 1000 نيوكليوتيد أو أكثر. في الخلايا حقيقية النواة ، يمكن أن يصل حجم الحمض النووي المركب إلى 100000 أو حتى عدة ملايين من النيوكليوتيدات. صحيح أنه من غير المعروف ما إذا كانت موجودة في مثل هذه الأحجام في الخلايا ، أو يمكن أن يكون لديها وقت للمعالجة أثناء عملية التركيب.

مجمع الاستطالة مستقر تمامًا ، لأن عليه أن يقوم بعمل رائع. أي أنه في حد ذاته لن "يسقط" بالحمض النووي. إنه قادر على التحرك عبر الحمض النووي بسرعات تصل إلى 50 نيوكليوتيد في الثانية. هذه العملية تسمى الحركة (أو الانتقال). لا يعتمد تفاعل الحمض النووي مع بوليميراز الحمض النووي الريبي (إنزيم أساسي) على تسلسل هذا الحمض النووي ، على عكس الوحدة الفرعية σ. والإنزيم الأساسي ، عند تمرير إشارات إنهاء معينة ، يكمل تخليق الحمض النووي.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على التركيب الجزيئي للإنزيم الأساسي. كما ذكرنا سابقًا ، يتكون الإنزيم الأساسي من وحدات فرعية α- و.. إنها متصلة بحيث تشكل نوعًا من "الفم" أو "المخلب". تقع الوحدات الفرعية α في قاعدة هذا "المخلب" ، وتؤدي وظيفة هيكلية. لا يبدو أنها تتفاعل مع DNA و RNA. الوحدة الفرعية ω هي بروتين صغير له أيضًا وظيفة هيكلية. يقع الجزء الأكبر من العمل على حصة الوحدات الفرعية β- و с субъ. في الشكل ، تظهر الوحدة الفرعية في الأعلى والوحدة الفرعية في الأسفل.

داخل "الفم" ، والذي يسمى القناة الرئيسية ، هو الموقع النشط للإنزيم. هنا يتم ربط النيوكليوتيدات ، يتم تكوين رابطة جديدة أثناء تخليق الحمض النووي الريبي. القناة الرئيسية في بوليميراز الحمض النووي الريبي هي مكان وجود الحمض النووي أثناء الاستطالة. حتى في هذا الهيكل ، على الجانب ، هناك ما يسمى بالقناة الثانوية التي يتم من خلالها توفير النيوكليوتيدات لتخليق الحمض النووي الريبي.

يضمن توزيع الشحنات على سطح بوليميراز الحمض النووي الريبي وظائفه. التوزيع منطقي للغاية. جزيء الحمض النووي مشحون سلبًا. لذلك ، فإن تجويف القناة الرئيسية ، حيث يجب الاحتفاظ بالحمض النووي السالب الشحنة ، مبطن بشحنات موجبة. يتم ملء سطح بوليميراز الحمض النووي الريبي بأحماض أمينية سالبة الشحنة بحيث لا يلتصق الحمض النووي به.

بروتين DNA و RNA

الكود الجيني هو نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات باستخدام تسلسل موقع النيوكليوتيدات في i-RNA.

• الكود الجيني هو نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات باستخدام تسلسل موقع النيوكليوتيدات في i-RNA.

خصائص الكود الجيني

1. الرمز ثلاثي : يتم ترميز كل من الأحماض الأمينية العشرين بسلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمى ثلاثي أو كودون.

2. التكرار (انحلال)

2. التكرار (انحلال) - يمكن أن تتوافق عدة أكواد مع نفس الحمض الأميني.

ألانين:

GTSU

HCC

GCA

HCH

الملكية التالية:

3. الرمز لا لبس فيه:

3. الرمز لا لبس فيه: كل كودون يشفر حمض أميني واحد فقط.

4. عدم التداخل : يحتوي تسلسل النوكليوتيدات على إطار قراءة مكون من 3 نيوكليوتيدات ، ولا يمكن أن يكون نفس النيوكليوتيدات في مجموعتين ثلاثيتين.

5. القطبية

• التوقف - الكودونات: UAA ، UGA ، UAG.

6. القطبية (توجد "علامات ترقيم" بين الجينات):

6. القطبية (توجد "علامات ترقيم" بين الجينات):

• التوقف - الكودونات: UAA ، UGA ، UAG.

• Codon - البادئ: AUG - يبدأ تركيب أي بولي ببتيد.

7. براعه: الشفرة الجينية هي نفسها ، نفس الأحماض الأمينية مشفرة بواسطة نفس ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات في جميع الكائنات الحية على الأرض.

لذلك ، فإن تسلسل ثلاثة توائم في سلسلة DNA يحدد تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

A GEN هي منطقة من جزيء DNA تقوم بتشفير البنية الأساسية لسلسلة بولي ببتيد واحدة.

تفاعلات تركيب المصفوفة

النسخ

النسخ - عملية تخليق المعلوماتية (المصفوفة) جزيء RNA على مصفوفة DNA.

بث - يتم إجراء عملية تخليق البروتين على مصفوفة i-RNA بواسطة الريبوسومات.

تتم عملية تحقيق المعلومات الوراثية في التخليق الحيوي بمشاركة ثلاثة أنواع من الأحماض النووية الريبية (RNA): المعلوماتية (المصفوفة) - mRNA (mRNA) ، الريبوسوم - الرنا الريباسي ونقل الحمض الريبي النووي النقال. يتم تصنيع جميع الأحماض النووية الريبية في المناطق المقابلة من جزيء الحمض النووي. إنها أصغر بكثير من الحمض النووي وهي سلسلة واحدة من النيوكليوتيدات. تحتوي النيوكليوتيدات على بقايا حمض الفوسفوريك (الفوسفات) ، وسكر البنتوز (الريبوز) ، وأحد القواعد النيتروجينية الأربعة - الأدينين ، السيتوزين ، الجوانين ، اليوراسيل. القاعدة النيتروجينية - اليوراسيل - مكملة للأدينين.

تتضمن عملية التخليق الحيوي عددًا من المراحل - النسخ والربط والترجمة.

الخطوة الأولى تسمى النسخ. يحدث النسخ في نواة الخلية: يتم تصنيع الرنا المرسال في موقع جين معين من جزيء الحمض النووي. وتشارك مجموعة من الإنزيمات في التركيب ، وأهمها بوليميريز الحمض النووي الريبي.

يبدأ تركيب الرنا المرسال باكتشاف بوليميراز الحمض النووي الريبي لمنطقة خاصة في جزيء الحمض النووي ، مما يشير إلى مكان بداية النسخ - المحفز. بعد التعلق بالمحفز ، يقوم بوليميراز RNA بفك المنعطف المجاور للحلزون DNA. يتباعد اثنان من خيوط الحمض النووي عند هذه النقطة ، ويحدث تخليق الرنا المرسال على أحدهما. يحدث تجميع الريبونوكليوتيدات في سلسلة بالتوافق مع تكاملها مع نيوكليوتيدات الحمض النووي ، وأيضًا بشكل مضاد للتوازي مع سلسلة DNA النموذجية. نظرًا لحقيقة أن بوليميراز الحمض النووي الريبي قادر على تجميع بولي نيوكليوتيد فقط من نهاية 5'-نهاية إلى 3'-نهاية ، واحد فقط من اثنين من خيوط DNA يمكن أن يعمل كقالب للنسخ ، أي الذي يواجه الإنزيم بنهاية 3'. هذه السلسلة تسمى codogenic.

يسمح عدم التوازي لوصلة سلسلتين من عديد النوكليوتيد في جزيء DNA لبوليميراز الحمض النووي الريبي باختيار القالب المناسب لتخليق الرنا المرسال.

بالانتقال على طول خيط الحمض النووي المشفر ، يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي بإعادة كتابة تدريجية دقيقة للمعلومات حتى تتوافق مع تسلسل نوكليوتيد محدد - فاصل النسخ. في هذه المنطقة ، يتم فصل بوليميريز الحمض النووي الريبي عن كل من قالب الحمض النووي والـ mRNA المركب حديثًا. يشكل جزء من جزيء الحمض النووي ، بما في ذلك المحفز ، والتسلسل المكتوب ، والمُنهي ، وحدة نسخ - نسخة.

أظهرت دراسات أخرى أن ما يسمى بـ pro-mRNA ، وهو مقدمة الحمض النووي الريبي الناضج المتضمن في الترجمة ، يتم تصنيعه في عملية النسخ. Pro-mRNA أكبر بكثير ويحتوي على أجزاء لا تشفر تخليق سلسلة البولي ببتيد المقابلة. في الحمض النووي ، جنبًا إلى جنب مع المناطق التي تشفر الرنا الريباسي ، والحمض النووي الريبي ، وعديد الببتيدات ، هناك أجزاء لا تحتوي على معلومات وراثية. يطلق عليهم اسم إنترونات على النقيض من أجزاء الترميز التي تسمى إكسونات. تم العثور على الإنترونات في مناطق عديدة من جزيئات الحمض النووي. على سبيل المثال ، يحتوي أحد الجينات ، قسم الحمض النووي الذي يرمز إلى ألبومين الدجاج ، على 7 إنترونات ، ويحتوي جين ألبومين مصل الجرذ على 13 إنترون. يختلف طول الإنترون - من 200 إلى 1000 زوج من قواعد الحمض النووي. تتم قراءة الإنترونات (نسخها) في وقت واحد مع exons ، وبالتالي فإن mRNA المسامي أطول بكثير من mRNA الناضج. يتضمن نضج mRNA أو معالجته تعديل النسخة الأولية وإزالة مناطق intron غير المشفرة منه ، متبوعًا باتصال تسلسلات التشفير - exons. أثناء المعالجة ، يتم "قطع" الإنترونات من pro-mRNA بواسطة إنزيمات خاصة ، ويتم "تقطيع" أجزاء من exon مع بعضها البعض بترتيب صارم. في عملية التضفير ، يتم تشكيل mRNA ناضجة ، والتي تحتوي على المعلومات اللازمة لتوليف بولي ببتيد المقابل ، أي الجزء الإعلامي من الجين الهيكلي.

لا تزال معنى ووظائف الإنترونات غير مفهومة تمامًا ، ولكن تم إثبات أنه إذا تمت قراءة أقسام من exons فقط في DNA ، فلن يتم تكوين mRNA الناضج. تمت دراسة عملية التضفير باستخدام ovalbumin كمثال. أنه يحتوي على إكسون واحد و 7 إنترونات. أولاً ، pro-mRNA ، الذي يحتوي على 7700 نيوكليوتيد ، يتم تصنيعه على DNA. ثم ينخفض \u200b\u200bعدد النيوكليوتيدات pro-mRNA إلى 6800 ، ثم إلى 5600 ، 4850 ، 3800 ، 3400 ، إلخ. حتى 1372 من النيوكليوتيدات المقابلة للإكسون. يترك mRNA الذي يحتوي على 1372 نيوكليوتيدات النواة في السيتوبلازم ، ويدخل الريبوسوم ويصنع بولي ببتيد المقابل.

المرحلة التالية من التخليق الحيوي - الترجمة - تحدث في السيتوبلازم على الريبوسومات بمشاركة الحمض النووي الريبي.

يتم تصنيع الحمض النووي الريبي للنقل في النواة ، لكنها تعمل في حالة حرة في سيتوبلازم الخلية. يحتوي جزيء واحد من الحمض النووي الريبي (tRNA) على 75-95 نيوكليوتيد وله بنية معقدة نوعًا ما تشبه أوراق البرسيم. تتميز بأربعة أجزاء لها أهمية خاصة. يتم تكوين "الجذع" المستقبلي من خلال الانضمام التكميلي للجزءين النهائيين من الحمض الريبي النووي النقال. يتكون من 7 أزواج أساسية. الطرف 3 'من هذا الجذع أطول نوعًا ما ويشكل منطقة مفردة تقطعت بهم السبل تنتهي بتسلسل CCA مع مجموعة OH مجانية - الطرف المستقبل. الحمض الأميني المنقول مرتبط بهذه الغاية. الفروع الثلاثة المتبقية عبارة عن سلاسل نيوكليوتيد مقترنة تكميلية تنتهي بحلقات غير متزاوجة. وسط هذه الفروع - فرع أنتي كودون - يتكون من 5 أزواج ويحتوي على أنتي كودون في وسط حلقته. المضاد هو 3 نيوكليوتيدات مكملة لكودون mRNA ، والذي يشفر الحمض الأميني المنقول بواسطة الحمض النووي الريبي المعطى إلى موقع تخليق الببتيد.

يوجد فرعين جانبيين بين فرعي المستقبِل و anticodon. في حلقاتها ، تحتوي على قواعد معدلة - dihydrouridine (D-loop) وثلاثي T C ، حيث ᴪ هي pseudouridine (T ᴪC-loop). هناك حلقة إضافية بين فرعي anticodon و T ᴪC ، والتي تشمل 3-5 إلى 13-21 نيوكليوتيدات.

يسبق ارتباط الحمض الأميني بـ tRNA تنشيطه بواسطة إنزيم aminoacyl-tRNA synthetase. هذا الإنزيم خاص بكل حمض أميني. يرتبط الحمض الأميني المنشط بـ tRNA المقابل ويتم توصيله بواسطته إلى الريبوسوم.

المكان المركزي في الترجمة ينتمي إلى الريبوسومات - عضيات البروتين النووي في السيتوبلازم ، الموجودة في العديد منها. يبلغ حجم الريبوسومات في بدائيات النوى في المتوسط \u200b\u200b30 * 30 * 20 نانومتر ، في حقيقيات النوى - 40 * 40 * 20 نانومتر. عادة ، يتم تحديد أحجامها في وحدات الترسيب (S) - معدل الترسيب عند الطرد المركزي في وسط مناسب. في بكتيريا E. coli ، يمتلك الريبوسوم قيمة 70S ويتكون من وحدتين فرعيتين ، إحداهما لها ثابت 30S ، والأخرى 50S ، وتحتوي على 64٪ من RNA الريبوسومي و 36٪ من البروتين.

يترك جزيء mRNA النواة في السيتوبلازم ويلتصق بوحدة فرعية صغيرة من الريبوسوم. تبدأ الترجمة بما يسمى بكودون البدء (بادئ التوليف) - AUG -. عندما يسلم الحمض النووي الريبي الحمض الأميني المنشط إلى الريبوسوم ، فإن الأنتيكودون الخاص به يكون مرتبطًا بالهيدروجين مع نيوكليوتيدات كودون الرنا المرسال التكميلي. يتم توصيل نهاية مستقبل الحمض النووي الريبي (tRNA) بالحمض الأميني المقابل بسطح الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم. بعد الحمض الأميني الأول ، يقوم الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) بتوصيل الحمض الأميني التالي ، وبالتالي يتم تصنيع سلسلة بولي ببتيد على الريبوسوم. عادة ما يعمل جزيء mRNA على عدة (5-20) ريبوسومات في وقت واحد ، متصلة بتعدد الأشكال. تسمى بداية تخليق سلسلة البولي ببتيد بالبدء ، ويسمى نموها الاستطالة. يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد من خلال تسلسل الكودونات في الرنا المرسال. يتوقف تركيب سلسلة البولي ببتيد عندما يظهر أحد الكودونات - النهايات - UAA - أو - UAG - أو - UGA - على الرنا المرسال. تسمى نهاية تخليق سلسلة البولي ببتيد هذه الإنهاء.

وجد أنه في الخلايا الحيوانية ، يتم إطالة سلسلة البولي ببتيد بمقدار 7 أحماض أمينية في ثانية واحدة ، ويتحرك الرنا المرسال على الريبوسوم بمقدار 21 نيوكليوتيد. في البكتيريا ، هذه العملية أسرع بمقدار 2-3 مرات.

وبالتالي ، يحدث تخليق التركيب الأساسي لجزيء البروتين - سلسلة البولي ببتيد - على الريبوسوم وفقًا لترتيب تناوب النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي المصفوف - مرنا.

يعتبر التخليق الحيوي للبروتين (الترجمة) أهم مرحلة في تنفيذ البرنامج الجيني للخلايا ، حيث يتم ترجمة المعلومات المشفرة في البنية الأولية للأحماض النووية إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات المركبة. بعبارة أخرى ، الترجمة هي ترجمة "لغة" مكونة من أربعة أحرف (بعدد النيوكليوتيدات) من "لغة" الأحماض النووية إلى عشرين حرفًا (بعدد الأحماض الأمينية المولدة للبروتينات) "لغة" البروتينات. تتم الترجمة وفقًا لقواعد الكود الجيني.

كانت دراسات M. Nirenberg و J. Mattei ، ثم S. Ochoa و G. Korans ، التي بدأوها في عام 1961 ، ذات أهمية كبيرة للكشف عن الشفرة الجينية. في الولايات المتحدة الأمريكية. لقد طوروا طريقة وأسسوا بشكل تجريبي تسلسل النيوكليوتيدات في أكواد الرنا المرسال التي تتحكم في موقع حمض أميني معين في سلسلة البولي ببتيد. في وسط خالٍ من الخلايا يحتوي على جميع الأحماض الأمينية ، والريبوزومات ، و tRNA ، و ATP ، والإنزيمات ، قدم إم. البوليمر الحيوي المشفر لتخليق سلسلة بولي ببتيد تحتوي على حمض أميني واحد فقط - فينيل ألانين ؛ تسمى هذه السلسلة بوليفينيل ألانين. إذا كان mRNA يتكون من أكواد تحتوي على نيوكليوتيدات مع السيتوزين الأساسي النيتروجيني - CCC - CCC - CCC - CCC - ، عندها يتم تصنيع سلسلة بولي ببتيد تحتوي على برولين الأحماض الأمينية - بولي برولين. البوليمرات الحيوية الاصطناعية من mRNA التي تحتوي على الكودونات - AGU - AGU - AGU - AGU - صنعت سلسلة بولي ببتيد من حمض أميني سيرين - بوليسيرين ، إلخ.

النسخ العكسي.

النسخ العكسي هو عملية تكوين DNA مزدوج الشريطة على قالب RNA أحادي السلسلة. تسمى هذه العملية النسخ العكسي ، حيث أن نقل المعلومات الجينية في هذه الحالة يحدث في الاتجاه "العكسي" بالنسبة للنسخ.

النسخ العكسي (إنزيم الارتداد أو بوليميريز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي) هو إنزيم يحفز تخليق الحمض النووي على قالب الحمض النووي الريبي في عملية تسمى النسخ العكسي. النسخ العكسي ضروري ، على وجه الخصوص ، لدورة حياة الفيروسات القهقرية ، مثل فيروسات نقص المناعة البشرية والخلية التائية الأورام اللمفاوية البشرية من النوعين 1 و 2. بعد دخول الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى الخلية ، يقوم النسخ العكسي الموجود في الجزيئات الفيروسية بتركيب الحمض النووي التكميلي لها ، ثم على خيط الدنا هذا ، كما في القالب ، يكمل الشريط الثاني. الفيروسات القهقرية هي فيروسات تحتوي على الحمض النووي الريبي ، في تتضمن دورة الحياة مرحلة تكوين الحمض النووي عن طريق النسخ العكسي وإدخاله في جينوم الخلية المضيفة في شكل طليعة الفيروسات.

لا يوجد مكان مفضل لإدخال طاهر الفيروس في الجينوم. وهذا يسمح بتصنيفه على أنه عنصر وراثي متحرك ، ويحتوي الفيروس الرجعي على جزيئين متطابقين من الحمض النووي الريبي. الطرف 5 بغطاء ، والنهاية 3 لها ذيل بولي أ. يحمل الفيروس مع نفسه إنزيم المنتسخة العكسية.

يحتوي جينوم الفيروسات القهقرية على 4 جينات: بروتين gag nucleoid ، و polyster transcriptase ، و env capsid (envelope) protein ، و oncogene str5 \u003d str3-short الطرفية المتكررة ؛ U5 ، U3 متواليات فريدة ، PB (موقع ربط التمهيدي) - موقع الربط يقع الحمض الريبي النووي النقال على PB (بسبب التكاملية) ويعمل كأساس لتخليق الحمض النووي ، حيث يتم تصنيع قطعة صغيرة من الحمض النووي.

إن إنزيم النسخ العكسي ، الذي يمتلك أيضًا نشاط RNAase H ، يزيل الحمض النووي الريبي في هجين مع الحمض النووي ، وبسبب هوية str3 و str5 ، تتفاعل منطقة الحمض النووي المفرد التي تقطعت بها السبل مع الطرف الثالث من جزيء الحمض النووي الريبي الثاني ، والذي يعمل كنموذج لمواصلة تخليق سلسلة الحمض النووي.

ثم يتم تدمير قالب الحمض النووي الريبي (RNA) ويتم بناء خيط DNA مكمل على طول خيط DNA المتشكل.

يكون جزيء الحمض النووي أطول من جزيء الحمض النووي الريبي. يحتوي على LTR (U3 str 3 (5) U5). في شكل طفيلي ، يقع في جينوم الخلية المضيفة. أثناء الانقسام والانقسام الاختزالي ، ينتقل إلى الخلايا والأحفاد.

بعض الفيروسات (مثل فيروس نقص المناعة البشرية ، الذي يسبب الإيدز) لديها القدرة على نسخ الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي. فيروس نقص المناعة البشرية لديه جينوم RNA مضمن في DNA. نتيجة لذلك ، يمكن دمج الحمض النووي للفيروس مع جينوم الخلية المضيفة. يسمى الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تخليق الحمض النووي من الحمض النووي الريبي المرتجع. تتمثل إحدى وظائف النسخ العكسي في إنشاء DNA تكميلي (cDNA) من الجينوم الفيروسي. يشق إنزيم ريبونوكلياز H المرتبط الحمض النووي الريبي ، ويصنع المرتجع (كدنا) من الحلزون المزدوج للحمض النووي. تم دمج cDNA في جينوم الخلية المضيفة باستخدام Integrase. والنتيجة هي تخليق البروتينات الفيروسية بواسطة الخلية المضيفة ، والتي تشكل فيروسات جديدة