heim » Reparatur- und Veredelungsmaterialien » Es treten Matrixreaktionen auf - Proteinbiosynthese. Phagozytenzellen kommen beim Menschen vor. Genotyp ist

Es treten Matrixreaktionen auf - Proteinbiosynthese. Phagozytenzellen kommen beim Menschen vor. Genotyp ist

DNA- ein lineares Polymer in Form einer Doppelhelix, die aus einem Paar antiparalleler komplementärer Ketten besteht. Die Monomere der DNA sind Nukleotide.

Jedes DNA-Nukleotid besteht aus einer Purin- (A – Adenin oder G – Guanin) oder Pyrimidin- (T – Thymin oder C – Cytosin) Stickstoffbase, einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen – Desoxyribose – und einer Phosphatgruppe.

Das DNA-Molekül hat folgende Parameter: Die Breite der Helix beträgt etwa 2 nm, die Ganghöhe bzw. vollständige Windung der Helix beträgt 3,4 nm. Ein Schritt enthält 10 komplementäre Basenpaare.

Nukleotide in einem DNA-Molekül stehen sich mit stickstoffhaltigen Basen gegenüber und sind nach den Regeln der Komplementarität paarweise verbunden: Thymin befindet sich gegenüber Adenin und Cytosin gegenüber Guanin. Das A-T-Paar ist durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen verbunden, und das G-C-Paar ist durch drei verbunden.

Das Rückgrat der DNA-Ketten bilden Zuckerphosphatreste.

Bei der DNA-Replikation handelt es sich um den Prozess der Selbstvervielfältigung eines DNA-Moleküls, der unter der Kontrolle von Enzymen durchgeführt wird.

An jeder der nach dem Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen gebildeten Ketten wird unter Beteiligung des Enzyms DNA-Polymerase ein Tochter-DNA-Strang synthetisiert. Das Synthesematerial sind freie Nukleotide, die im Zytoplasma der Zellen vorhanden sind.

Die Synthese von Tochtermolekülen an benachbarten Ketten erfolgt unterschiedlich schnell. Auf einer Kette wird kontinuierlich ein neues Molekül aufgebaut, auf der anderen - mit einiger Verzögerung und in Fragmenten. Nach Abschluss des Prozesses werden Fragmente neuer DNA-Moleküle durch das Enzym DNA-Ligase zusammengefügt. Somit entstehen aus einem DNA-Molekül zwei DNA-Moleküle, die exakte Kopien voneinander und des Muttermoleküls sind. Diese Replikationsmethode wird semikonservativ genannt.

Die biologische Bedeutung der Replikation liegt in der genauen Übertragung erblicher Informationen vom Muttermolekül auf die Tochtermoleküle, die bei der Teilung somatischer Zellen erfolgt.

DNA-Reparatur- ein Mechanismus, der die Möglichkeit bietet, die unterbrochene Nukleotidsequenz im DNA-Molekül zu korrigieren.

Wenn während der DNA-Replikation die Nukleotidsequenz in ihrem Molekül aus irgendeinem Grund gestört wird, werden diese Schäden in den meisten Fällen von der Zelle selbst beseitigt. Die Veränderung erfolgt meist in einem der DNA-Stränge. Die zweite Kette bleibt unverändert. Der beschädigte Abschnitt des ersten Strangs kann mit Hilfe von Enzymen – DNA-Reparatur-Nukleasen – „herausgeschnitten“ werden. Ein anderes Enzym, die DNA-Polymerase, kopiert Informationen aus dem unbeschädigten Strang und fügt die erforderlichen Nukleotide in den beschädigten Strang ein. Die DNA-Ligase „vernetzt“ dann das DNA-Molekül und das beschädigte Molekül wird repariert.

RNA - ein lineares Polymer, das normalerweise aus einer Nukleotidkette besteht. In der RNA wird das Thyminnukleotid durch Uracil (U) ersetzt. Jedes RNA-Nukleotid enthält einen Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen – Ribose, eine von vier stickstoffhaltigen Basen und einen Phosphorsäurerest.

Boten- oder Boten-RNA wird im Zellkern unter Beteiligung des Enzyms RNA-Polymerase synthetisiert; sie ist komplementär zu dem Abschnitt der DNA, in dem die Synthese stattfindet; sie macht 5 % der RNA der Zelle aus. Ribosomale RNA wird im Nukleolus synthetisiert und ist Teil der Ribosomen und macht 85 % der RNA der Zelle aus. Transfer-RNA (mehr als 40 Arten) transportiert Aminosäuren zum Ort der Proteinsynthese, hat die Form eines Kleeblatts und besteht aus 70–90 Nukleotiden.

Zu den Matrizensynthesereaktionen gehören die DNA-Replikation, die RNA-Synthese aus DNA (Transkription), die Proteinsynthese aus mRNA (Translation) und die Synthese von RNA oder DNA aus viraler RNA.

Während der Transkription bindet das Enzym RNA-Polymerase an eine Gruppe von DNA-Nukleotiden – einen Promotor. Der Promotor gibt den Ort an, von dem aus die mRNA-Synthese beginnen soll. Es besteht aus freien Nukleotiden, die zum DNA-Molekül komplementär sind. Das Enzym arbeitet, bis es auf eine andere Gruppe von DNA-Nukleotiden trifft – ein Stoppsignal, das das Ende der mRNA-Synthese signalisiert.

Das mRNA-Molekül gelangt auf Ribosomen in das Zytoplasma, wo die Synthese von Polypeptidketten stattfindet. Der Prozess der Übersetzung der in der Nukleotidsequenz der mRNA enthaltenen Informationen in die Aminosäuresequenz eines Polypeptids wird als Translation bezeichnet.

Eine bestimmte Aminosäure wird durch einen bestimmten tRNA-Typ an die Ribosomen geliefert.

Welche in der Zelle ablaufenden Reaktionen werden als Matrixsynthesereaktionen klassifiziert? Was dient als Matrix für solche Reaktionen?

Die Matrixsynthese ist ein spezifisches Merkmal lebender Organismen. Die Matrix ist das Muster, nach dem die Kopie erstellt wird. Matrixsynthese – Synthese unter Verwendung einer Matrix. Templatsynthesereaktionen liefern die genaue Reihenfolge der Monomere zur Herstellung von Polymeren.

Zu den in der Zelle auftretenden Matrizensynthesereaktionen gehören DNA-Duplikationsreaktionen, RNA-Synthese und Proteinsynthese. Die Vorlage ist DNA bei der mRNA-Synthese und DNA oder RNA bei der Proteinsynthese. Die Monomere der Matrizensynthese sind Nukleotide und Aminosäuren. Monomere werden durch das Komplementaritätsprinzip an der Matrix fixiert, vernetzt und dann aus der Matrix gelöst. Matrixsynthesereaktionen sind die Grundlage für die Reproduktion ihrer Art.

Welche in der Zelle ablaufenden Reaktionen werden als Matrixsynthesereaktionen klassifiziert? Was dient als Matrix für solche Reaktionen?

Auf dieser Seite gesucht:

Monomere der Matrixsynthesereaktionen in der Zelle sind
Matrixsynthesereaktionen umfassen
Welche Reaktionen sind Matrixsynthesereaktionen?

Reproduzieren

Der Prozess der DNA-Reduplikation findet im Zellkern unter der Wirkung von Enzymen und speziellen Proteinkomplexen statt. Prinzipien der DNA-Vervielfältigung:

* Antiparallelismus : Die Tochterkette wird in der Richtung synthetisiert von 5" bis 3" Ende.
* Komplementarität : Die Struktur des Tochter-DNA-Strangs wird durch die nach dem Prinzip der Komplementarität ausgewählte Nukleotidsequenz des Mutterstrangs bestimmt.
* Halbkontinuität : einer der beiden DNA-Stränge - führend , wird kontinuierlich synthetisiert, und das andere - zurückgeblieben , zeitweise mit der Bildung von Kurzschlüssen Fragmente von Okazaki . Dies geschieht aufgrund der antiparallelen Eigenschaft.
* Halbkonservativ : Bei der Reduplikation erhaltene DNA-Moleküle enthalten einen konservierten Mutterstrang und einen synthetisierten Tochterstrang.
1) Einleitung

Anfangen mit Replikationspunkt , an die Proteine gebunden sind, die die Replikation initiieren. Unter dem Einfluss von Enzymen DNA-Topoisomerasen Und DNA-Helikasen Die Kette wickelt sich ab und Wasserstoffbrückenbindungen werden aufgebrochen. Als nächstes folgt die fragmentarische Trennung des DNA-Doppelstrangs mit der Bildung Replikationsgabel . Enzyme verhindern, dass DNA-Stränge wieder zusammengefügt werden.

2) Dehnung

Die Synthese des Tochterstrangs der DNA erfolgt durch das Enzym DNA-Polymerasen , die sich in die Richtung bewegt 5" 3" , Auswahl der Nukleotide nach dem Prinzip der Komplementarität. Der führende Strang wird kontinuierlich synthetisiert, während der nacheilende Strang intermittierend synthetisiert wird. Enzym DNA-Ligase verbindet Fragmente von Okazaki . Spezielle Korrekturproteine erkennen Fehler und eliminieren falsche Nukleotide.

3) Kündigung

Das Ende der Replikation tritt ein, wenn zwei Replikationszweige aufeinandertreffen. Proteinbestandteile werden entfernt, DNA-Moleküle werden spiralisiert.

Eigenschaften des genetischen Codes

* Tripleten - Jede Aminosäure wird durch einen Code aus 3 Nukleotiden kodiert.
* Eindeutig - Jedes Triplett kodiert nur für eine bestimmte Säure.
* Degenerieren - Jede Aminosäure wird durch mehrere Tripletts (2-6) kodiert. Nur zwei davon werden durch ein Triplett kodiert: Tryptophan und Methionin.
* Nicht überlappend - Jedes Codon ist eine unabhängige Einheit und genetische Informationen werden nur auf eine Weise und in eine Richtung gelesen
* Vielseitig - für alle Organismen gleich. Dieselben Tripletts kodieren für dieselben Aminosäuren in verschiedenen Organismen.

Genetischer Code

Die Umsetzung der Erbinformation erfolgt nach dem Gen-Protein-Merkmal-Schema.

Gen - ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der Informationen über die Primärstruktur eines Proteinmoleküls trägt und für dessen Synthese verantwortlich ist.

Genetischer Code - das Prinzip der Kodierung von Erbinformationen in einer Zelle. Es handelt sich um eine Abfolge von Nukleotidtripletts in NK, die eine bestimmte Reihenfolge der Aminosäuren in Proteinen festlegt. Die in einer linearen Nukleotidsequenz enthaltenen Informationen werden zur Erstellung einer anderen Sequenz verwendet.

Aus 4 Nukleotiden können Sie 64 machen Triplett , 61 davon kodieren Aminosäuren. Codons stoppen - Tripletts UAA, UAG, UGA stoppen die Synthese der Polypeptidkette.

Startcodon - Das AUG-Triplett bestimmt den Beginn der Synthese der Polypeptidkette.

Proteinbiosynthese

Einer der Hauptprozesse des plastischen Stoffwechsels. Einige Reaktionen finden im Zellkern statt, andere im Zytoplasma. Notwendige Komponenten: ATP, DNA, mRNA, t-RNA, r-RNA, Mg 2+, Aminosäuren, Enzyme. Besteht aus 3 Prozessen:

- Transkription : mRNA-Synthese
- wird bearbeitet : Umwandlung von mRNA in mRNA
- übertragen : Proteinsynthese

DNA enthält Informationen über die Struktur des Proteins in Form einer Aminosäuresequenz, aber da die Gene den Zellkern nicht verlassen, sind sie nicht direkt an der Biosynthese des Proteinmoleküls beteiligt. I-RNA wird im Zellkern entlang der DNA synthetisiert und überträgt Informationen von der DNA zum Ort der Proteinsynthese (Ribosomen). Anschließend werden mit Hilfe der t-RNA komplementäre mRNA-Aminosäuren aus dem Zytoplasma selektiert. Auf diese Weise werden Polypeptidketten synthetisiert.

Transkription

1) Einweihung

Die Synthese von mRNA-Molekülen aus DNA kann im Zellkern, in Mitochondrien und in Plastiden erfolgen. Unter der Wirkung der Enzyme DNA-Helikase und DNA-Topoisomerase entsteht ein Abschnitt des DNA-Moleküls entspannt sich , Wasserstoffbrückenbindungen werden aufgebrochen. Informationen werden nur von einem DNA-Strang abgelesen, der aufgerufen wird Codierung kodogen . Enzym RNA-Polymerase verbindet sich mit Promoter - DNA-Zone, die das TATA-Startsignal enthält.

2) Dehnung

Der Prozess der Anordnung von Nukleotiden nach dem Prinzip Komplementarität . Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang des kodierenden Strangs und verbindet Nukleotide zu einer Polynukleotidkette. Der Prozess wird fortgesetzt bis Stopp-Codon .

3) Kündigung

Ende der Synthese: Das Enzym und das synthetisierte RNA-Molekül werden von der DNA getrennt, die DNA-Doppelhelix wird wiederhergestellt.

wird bearbeitet

Umwandlung eines mRNA-Moleküls in mRNA während Spleißen im Zellkern unter der Wirkung von Enzymen. Löschvorgang läuft Introns - Bereiche, die keine Informationen über die Aminosäuresequenz und die Vernetzung enthalten Exons - Regionen, die die Aminosäuresequenz kodieren. Als nächstes folgt die Hinzufügung des AUG-Stoppcodons, die Verkappung des 5-Zoll-Endes und die Polyadenylierung zum Schutz des 3-Zoll-Endes. Es entsteht reife m-RNA, sie ist kürzer und gelangt zu den Ribosomen.

Übertragen

Der Prozess der Übersetzung der Nukleotidsequenz von m-RNA-Tripletts in die Aminosäuresequenz einer Polypeptidkette. Erfolgt im Zytoplasma an Ribosomen.

1) Einweihung

Die synthetisierte mRNA gelangt durch Kernporen in das Zytoplasma, wo sie sich mit Hilfe von Enzymen und ATP-Energie verbindet klein ribosomale Untereinheit. Dann die Initiator-tRNA mit Aminosäure Methianin bindet an das Peptidylzentrum. Darüber hinaus erfolgt die Addition in Gegenwart von Mg 2+ groß Untereinheiten.

2) Dehnung

Verlängerung der Proteinkette. Aminosäuren werden mithilfe ihrer eigenen tRNA an die Ribosomen geliefert. Die Form des t-RNA-Moleküls ähnelt einem Kleeblatt, in dessen Mitte sich befindet Anticodon , komplementär zu den Nukleotiden des m-RNA-Codons. Die entsprechende Aminosäure wird an die gegenüberliegende Base des tRNA-Moleküls angehängt.

Die erste tRNA ist darin verankert Peptidyl Mitte und die zweite - in Aminoazial . Dann rücken die Aminosäuren näher zusammen und a Peptid Verbindung entsteht ein Dipeptid, die erste t-RNA gelangt in das Zytoplasma. Danach produziert das Ribosom 1 Trinukleotid Schritt durch m-RNA. Dadurch landet die zweite tRNA im Peptidylzentrum und gibt das Aminoacylzentrum frei. Der Prozess der Zugabe einer Aminosäure erfordert die Energie von ATP und erfordert die Anwesenheit eines Enzyms Aminoacyl-tRNA-Synthetase .

3) Kündigung

Wenn ein Stoppcodon in das Aminosäurezentrum gelangt, ist die Synthese abgeschlossen und der letzten Aminosäure wird Wasser hinzugefügt. Das Ribosom wird von der m-RNA entfernt und zerfällt in 2 Untereinheiten, die t-RNA kehrt in das Zytoplasma zurück.

Das Senden Ihrer guten Arbeit an die Wissensdatenbank ist ganz einfach. Nutzen Sie das untenstehende Formular

Studierende, Doktoranden und junge Wissenschaftler, die die Wissensbasis in ihrem Studium und ihrer Arbeit nutzen, werden Ihnen sehr dankbar sein.

Veröffentlicht am http://www.allbest.ru/

1. Template-Synthesereaktionen

In lebenden Systemen treten Reaktionen auf, die in der unbelebten Natur unbekannt sind – Reaktionen der Matrixsynthese.

Der Begriff „Matrix“ bezeichnet in der Technik eine Form, die zum Gießen von Münzen, Medaillen und typografischen Schriftarten verwendet wird: Das gehärtete Metall gibt alle Details der zum Gießen verwendeten Form exakt wieder. Die Matrixsynthese ist wie das Angießen einer Matrix: Neue Moleküle werden exakt nach dem Plan synthetisiert, der in der Struktur bestehender Moleküle festgelegt ist.

Das Matrixprinzip liegt den wichtigsten Synthesereaktionen der Zelle zugrunde, beispielsweise der Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen. Diese Reaktionen gewährleisten die exakte, streng spezifische Reihenfolge der Monomereinheiten in den synthetisierten Polymeren.

Dabei kommt es zu einer gezielten Kontraktion von Monomeren an eine bestimmte Stelle in der Zelle – auf Moleküle, die als Matrix dienen, in der die Reaktion stattfindet. Würden solche Reaktionen durch zufällige Kollisionen von Molekülen ablaufen, würden sie unendlich langsam ablaufen. Die Synthese komplexer Moleküle nach dem Template-Prinzip erfolgt schnell und präzise.

Die Rolle der Matrix bei Matrixreaktionen spielen Makromoleküle der Nukleinsäuren DNA oder RNA.

Die Monomermoleküle, aus denen das Polymer synthetisiert wird – Nukleotide oder Aminosäuren – werden nach dem Komplementaritätsprinzip in einer genau definierten, vorgegebenen Reihenfolge auf der Matrix angeordnet und fixiert.

Anschließend werden die Monomereinheiten zu einer Polymerkette „vernetzt“ und das fertige Polymer aus der Matrix gelöst.

Danach ist die Matrix bereit für den Aufbau eines neuen Polymermoleküls. Es ist klar, dass genau wie auf einer gegebenen Form nur eine Münze oder ein Buchstabe gegossen werden kann, so kann auf einem gegebenen Matrixmolekül nur ein Polymer „zusammengebaut“ werden.

Die Matrixreaktionen sind ein spezifisches Merkmal der Chemie lebender Systeme. Sie sind die Grundlage der grundlegenden Eigenschaft aller Lebewesen – ihrer Fähigkeit, sich unter ihresgleichen zu reproduzieren.

Zu den Matrixsynthesereaktionen gehören:

1. DNA-Replikation – der Prozess der Selbstvervielfältigung eines DNA-Moleküls, der unter der Kontrolle von Enzymen durchgeführt wird. Auf jedem der nach dem Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen gebildeten DNA-Stränge wird unter Beteiligung des Enzyms DNA-Polymerase ein Tochter-DNA-Strang synthetisiert. Das Synthesematerial sind freie Nukleotide, die im Zytoplasma der Zellen vorhanden sind.

Die biologische Bedeutung der Replikation liegt in der genauen Übertragung von Erbinformationen vom Muttermolekül auf die Tochtermoleküle, die normalerweise bei der Teilung somatischer Zellen erfolgt.

Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Strängen. Diese Ketten werden durch schwache Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, die durch Enzyme aufgebrochen werden können.

Das Molekül ist zur Selbstvervielfältigung (Replikation) fähig, und auf jeder alten Hälfte des Moleküls wird eine neue Hälfte synthetisiert.

Darüber hinaus kann ein mRNA-Molekül auf einem DNA-Molekül synthetisiert werden, das dann die von der DNA erhaltenen Informationen an den Ort der Proteinsynthese überträgt.

Informationsübertragung und Proteinsynthese erfolgen nach einem Matrixprinzip, vergleichbar mit dem Betrieb einer Druckmaschine in einer Druckerei. Informationen aus der DNA werden viele Male kopiert. Sollten beim Kopieren Fehler auftreten, wiederholen sich diese bei allen weiteren Kopien.

Zwar können einige Fehler beim Kopieren von Informationen mit einem DNA-Molekül korrigiert werden – der Prozess der Fehlerbeseitigung wird als Reparatur bezeichnet. Die erste Reaktion im Prozess der Informationsübertragung ist die Replikation des DNA-Moleküls und die Synthese neuer DNA-Ketten.

2. Transkription – Synthese von i-RNA auf DNA, der Prozess der Entfernung von Informationen aus einem DNA-Molekül, die darauf durch ein i-RNA-Molekül synthetisiert werden.

I-RNA besteht aus einer einzelnen Kette und wird nach der Komplementaritätsregel unter Beteiligung eines Enzyms auf DNA synthetisiert, das den Anfang und das Ende der Synthese des i-RNA-Moleküls aktiviert.

Das fertige mRNA-Molekül gelangt in das Zytoplasma auf Ribosomen, wo die Synthese von Polypeptidketten stattfindet.

3. Übersetzung – Proteinsynthese in mRNA; der Prozess der Übersetzung der in der Nukleotidsequenz der mRNA enthaltenen Informationen in die Aminosäuresequenz im Polypeptid.

4. Synthese von RNA oder DNA aus RNA-Viren

Somit ist die Proteinbiosynthese eine der Arten des plastischen Austauschs, bei dem in DNA-Genen kodierte Erbinformationen in eine spezifische Aminosäuresequenz in Proteinmolekülen umgesetzt werden.

Proteinmoleküle sind im Wesentlichen Polypeptidketten, die aus einzelnen Aminosäuren bestehen. Aminosäuren sind jedoch nicht aktiv genug, um sich allein miteinander zu verbinden. Daher müssen Aminosäuren aktiviert werden, bevor sie sich miteinander verbinden und ein Proteinmolekül bilden. Diese Aktivierung erfolgt unter Einwirkung spezieller Enzyme.

Durch die Aktivierung wird die Aminosäure labiler und bindet unter der Wirkung desselben Enzyms an t-RNA. Jeder Aminosäure entspricht eine streng spezifische t-RNA, die „ihre“ Aminosäure findet und auf das Ribosom überträgt.

Folglich gelangen verschiedene aktivierte Aminosäuren, verbunden mit ihren tRNAs, in das Ribosom. Das Ribosom ist wie ein Förderband zum Aufbau einer Proteinkette aus verschiedenen Aminosäuren, die in es eintreten.

Gleichzeitig mit der t-RNA, auf der ihre Aminosäure „sitzt“, empfängt das Ribosom ein „Signal“ von der DNA, die im Zellkern enthalten ist. Entsprechend diesem Signal wird im Ribosom das eine oder andere Protein synthetisiert.

Der lenkende Einfluss der DNA auf die Proteinsynthese erfolgt nicht direkt, sondern mit Hilfe eines speziellen Vermittlers – Matrix- oder Messenger-RNA (m-RNA oder i-RNA), die im Zellkern unter dem Einfluss von DNA synthetisiert wird, also seine Zusammensetzung spiegelt die Zusammensetzung der DNA wider. Das RNA-Molekül ist wie ein Abguss der DNA-Form. Die synthetisierte mRNA gelangt in das Ribosom und übermittelt dieser Struktur sozusagen einen Plan – in welcher Reihenfolge die in das Ribosom gelangenden aktivierten Aminosäuren miteinander verbunden werden sollen, damit ein bestimmtes Protein synthetisiert werden kann. Andernfalls wird die in der DNA kodierte genetische Information auf mRNA und dann auf Protein übertragen.

Das mRNA-Molekül dringt in das Ribosom ein und vernäht es. Der durch ein Codon (Triplett) definierte Abschnitt davon, der sich gerade im Ribosom befindet, interagiert ganz gezielt mit einem ihm strukturell ähnlichen Triplett (Anticodon) in der Transfer-RNA, das die Aminosäure in das Ribosom gebracht hat.

Transfer-RNA nähert sich mit ihrer Aminosäure einem bestimmten Codon der mRNA und verbindet sich mit diesem; Eine weitere t-RNA mit einer anderen Aminosäure wird an den nächsten benachbarten Abschnitt der i-RNA angehängt und so weiter, bis die gesamte Kette der i-RNA abgelesen ist, bis alle Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge reduziert sind und ein Protein bilden Molekül.

Und die tRNA, die die Aminosäure an einen bestimmten Teil der Polypeptidkette abgegeben hat, wird von ihrer Aminosäure befreit und verlässt das Ribosom. Matrixzell-Nukleinsäuregen

Anschließend kann sich im Zytoplasma die gewünschte Aminosäure daran anschließen und erneut auf das Ribosom übertragen.

An der Proteinsynthese sind nicht ein, sondern mehrere Ribosomen – Polyribosomen – gleichzeitig beteiligt.

Die Hauptphasen der Übertragung genetischer Informationen:

Synthese auf DNA als mRNA-Vorlage (Transkription)

Synthese einer Polypeptidkette in Ribosomen gemäß dem in der mRNA enthaltenen Programm (Übersetzung).

Die Stadien sind für alle Lebewesen universell, die zeitlichen und räumlichen Zusammenhänge dieser Prozesse unterscheiden sich jedoch bei Pro- und Eukaryoten.

Bei Eukaryoten sind Transkription und Translation räumlich und zeitlich streng getrennt: Die Synthese verschiedener RNAs findet im Zellkern statt, danach müssen die RNA-Moleküle den Kern verlassen, indem sie die Kernmembran passieren. Die RNAs werden dann im Zytoplasma zum Ort der Proteinsynthese – den Ribosomen – transportiert. Erst danach kommt die nächste Stufe – die Ausstrahlung.

Bei Prokaryoten erfolgen Transkription und Translation gleichzeitig.

Der Ort der Synthese von Proteinen und allen Enzymen in der Zelle sind somit Ribosomen – sie sind wie Protein-„Fabriken“, wie eine Montagewerkstatt, die alle Materialien erhält, die für den Aufbau der Polypeptidkette des Proteins aus Aminosäuren erforderlich sind. Die Art des synthetisierten Proteins hängt von der Struktur der i-RNA ab, von der Reihenfolge der Anordnung der Nukleoide darin, und die Struktur der i-RNA spiegelt die Struktur der DNA wider, so dass letztendlich die spezifische Struktur des Proteins, d. h. Die Reihenfolge der Anordnung verschiedener Aminosäuren darin hängt von der Anordnungsreihenfolge der Nukleoide in der DNA und von der Struktur der DNA ab.

Die vorgestellte Theorie der Proteinbiosynthese wird Matrixtheorie genannt. Diese Theorie wird Matrix genannt, weil Nukleinsäuren die Rolle von Matrizen spielen, in denen alle Informationen über die Reihenfolge der Aminosäurereste in einem Proteinmolekül aufgezeichnet werden.

Die Erstellung einer Matrixtheorie der Proteinbiosynthese und die Entschlüsselung des Aminosäurecodes ist die größte wissenschaftliche Errungenschaft des 20. Jahrhunderts, der wichtigste Schritt zur Aufklärung des molekularen Mechanismus der Vererbung.

Algorithmus zur Lösung von Problemen.

Typ 1. Selbstkopie der DNA. Eine der DNA-Ketten hat die folgende Nukleotidsequenz: AGTACCGATACCTGATTTACG... Wie lautet die Nukleotidsequenz der zweiten Kette desselben Moleküls? Um die Nukleotidsequenz des zweiten Strangs eines DNA-Moleküls zu schreiben, reicht es aus, wenn die Sequenz des ersten Strangs bekannt ist, Thymin durch Adenin, Adenin durch Thymin, Guanin durch Cytosin und Cytosin durch Guanin zu ersetzen. Nachdem wir einen solchen Ersatz vorgenommen haben, erhalten wir die Sequenz: TACTGGCTTATGAGCTAAAATG... Typ 2. Proteinkodierung. Die Aminosäurekette des Ribonuklease-Proteins hat den folgenden Anfang: Lysin-Glutamin-Threonin-Alanin-Alanin-Alanin-Lysin... Mit welcher Nukleotidsequenz beginnt das diesem Protein entsprechende Gen? Verwenden Sie dazu die genetische Codetabelle. Für jede Aminosäure finden wir ihre Codebezeichnung in Form des entsprechenden Nukleotidtripels und schreiben sie auf. Indem wir diese Tripletts nacheinander in der gleichen Reihenfolge wie die entsprechenden Aminosäuren anordnen, erhalten wir die Formel für die Struktur eines Abschnitts der Boten-RNA. In der Regel gibt es mehrere solcher Drillinge, die Auswahl erfolgt nach Ihrer Entscheidung (es wird jedoch nur einer der Drillinge vergeben). Dementsprechend kann es mehrere Lösungen geben. ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГААГ Typ 3. Dekodierung von DNA-Molekülen. Mit welcher Aminosäuresequenz beginnt ein Protein, wenn es durch die folgende Nukleotidsequenz kodiert wird: ACGCCCATGGCCGGT... Mithilfe des Komplementaritätsprinzips ermitteln wir die Struktur des Abschnitts der Messenger-RNA, der auf einem bestimmten Abschnitt der DNA gebildet wird Molekül: UGCGGGUACCCGGCC... Dann wenden wir uns der Tabelle des genetischen Codes zu und suchen und schreiben für jedes Nukleotidtripel, beginnend mit dem ersten, die entsprechende Aminosäure aus: Cystein-Glycin-Tyrosin-Arginin-Prolin-.. .

2. Hinweise zur Biologie in der 10. Klasse „A“ zum Thema: Proteinbiosynthese

Zweck: Einführung in die Prozesse der Transkription und Übersetzung.

Lehrreich. Führen Sie die Konzepte von Gen, Triplett, Codon, DNA-Code, Transkription und Translation ein und erklären Sie die Essenz des Prozesses der Proteinbiosynthese.

Entwicklung. Entwicklung von Aufmerksamkeit, Gedächtnis, logischem Denken. Training der räumlichen Vorstellungskraft.

Lehrreich. Förderung einer Arbeitskultur im Klassenzimmer und Respekt für die Arbeit anderer.

Ausstattung: Whiteboard, Tabellen zur Proteinbiosynthese, Magnettafel, dynamisches Modell.

Literatur: Lehrbücher Yu.I. Polyansky, D.K. Belyaeva, A.O. Ruwinski; „Grundlagen der Zytologie“ O.G. Mashanova, „Biologie“ V.N. Yarygina, „Gene und Genome“ von Singer und Berg, Schulheft, N.D. Lisova-Lehrbuch. Handbuch für die 10. Klasse „Biologie“.

Methoden und Lehrtechniken: Geschichte mit Gesprächs-, Demonstrations- und Testelementen.

	Test basierend auf dem behandelten Material. Verteilen Sie Blätter und Testmöglichkeiten. Alle Hefte und Lehrbücher sind geschlossen. 1 Fehler bei abgeschlossener 10. Frage ist 10, bei nicht beantworteter 10. Frage ist 9 usw.
	Schreiben Sie das Thema der heutigen Lektion auf: Proteinbiosynthese. Das gesamte DNA-Molekül ist in Segmente unterteilt, die die Aminosäuresequenz eines Proteins kodieren. Schreiben Sie auf: Ein Gen ist ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der Informationen über die Aminosäuresequenz in einem Protein enthält.
	DNA-Code. Wir haben 4 Nukleotide und 20 Aminosäuren. Wie können wir sie vergleichen? Wenn 1 Nukleotid 1 a/k kodierte, => 4 a/k; wenn es 2 Nukleotide gibt – 1 a/k – (wie viele?) 16 Aminosäuren. Daher kodiert 1 Aminosäure für 3 Nukleotide – ein Triplett (Codon). Zählen Sie, wie viele Kombinationen möglich sind? - 64 (3 davon sind Satzzeichen). Genug und sogar im Übermaß. Warum Überschuss? 1 A/C kann mit 2–6 Tripletts codiert werden, um die Zuverlässigkeit der Informationsspeicherung und -übertragung zu erhöhen. Eigenschaften des DNA-Codes. 1) Der Code ist ein Triplett: 1 Aminosäure kodiert 3 Nukleotide. 61 Tripletts kodieren a/k, wobei ein AUG den Beginn des Proteins und 3 Satzzeichen angeben. 2) Der Code ist degeneriert – 1 A/C kodiert 1,2,3,4,6 Tripletts 3) Der Code ist eindeutig – 1 Triplett nur 1 a/k 4) Der Code überschneidet sich nicht – von 1 bis zum letzten Triplett kodiert das Gen nur 1 Protein 5) Der Code ist fortlaufend – es gibt keine Satzzeichen innerhalb des Gens. Sie liegen nur zwischen den Genen. *6) Der Code ist universell – alle 5 Königreiche haben den gleichen Code. Nur in den Mitochondrien sind die 4 Drillinge unterschiedlich.* Denken Sie zu Hause nach und sagen Sie mir warum?
	Alle Informationen sind in der DNA enthalten, aber die DNA selbst ist nicht an der Proteinbiosynthese beteiligt. Warum? Die Informationen werden auf mRNA kopiert und auf dieser, im Ribosom, findet die Synthese eines Proteinmoleküls statt. DNA-RNA-Protein. Sagen Sie mir, gibt es Organismen, die die umgekehrte Reihenfolge haben: RNA-DNA?
	Biosynthesefaktoren: Das Vorhandensein von Informationen, die in einem DNA-Gen kodiert sind. Das Vorhandensein einer Boten-mRNA zur Übertragung von Informationen vom Zellkern zu den Ribosomen. Vorhandensein einer Organelle – Ribosom. Verfügbarkeit von Rohstoffen – Nukleotide und A/C Vorhandensein von tRNA zur Lieferung von Aminosäuren an die Montagestelle Vorhandensein von Enzymen und ATP (Warum?)
	Biosyntheseprozess. Transkription. (am Modell anzeigen) Umschreiben der Nukleotidsequenz von DNA in mRNA. Die Biosynthese von RNA-Molekülen zu DNA erfolgt nach den Prinzipien: Matrixsynthese Komplementaritäten DNA und RNA Mithilfe eines speziellen Enzyms wird die DNA entkoppelt und ein anderes Enzym beginnt mit der Synthese von mRNA an einem der Stränge. Die Größe der mRNA beträgt ein oder mehrere Gene. I-RNA verlässt den Kern durch Kernporen und gelangt zum freien Ribosom.
	Übertragen. Synthese von Polypeptidketten von Proteinen, die am Ribosom durchgeführt werden. Nachdem ein freies Ribosom gefunden wurde, wird die mRNA durch dieses hindurchgefädelt. I-RNA gelangt als Triplett-AUG in das Ribosom. In einem Ribosom können jeweils nur 2 Tripletts (6 Nukleotide) vorhanden sein. Wir haben Nukleotide im Ribosom, jetzt müssen wir die Klimaanlage irgendwie dorthin bringen. Was verwenden? - t-RNA. Betrachten wir seine Struktur. Transfer-RNAs (tRNAs) bestehen aus etwa 70 Nukleotiden. Jede tRNA hat ein Akzeptorende, an das ein Aminosäurerest gebunden ist, und ein Adapterende, das ein Triplett aus Nukleotiden trägt, das zu einem beliebigen Codon der mRNA komplementär ist, weshalb dieses Triplett Anticodon genannt wird. Wie viele Arten von tRNA werden in einer Zelle benötigt? T-RNA mit dem entsprechenden a/k versucht, sich mit der mRNA zu verbinden. Wenn das Anticodon zum Codon komplementär ist, wird eine Bindung hinzugefügt und gebildet, die als Signal für die Bewegung des Ribosoms entlang des mRNA-Strangs um ein Triplett dient. Das A/C bindet sich an die Peptidkette und die von dem A/C befreite t-RNA gelangt in das Zytoplasma auf der Suche nach einem anderen ähnlichen A/C. Dadurch verlängert sich die Peptidkette, bis die Translation endet und das Ribosom von der mRNA abspringt. Eine mRNA kann mehrere Ribosomen enthalten (im Lehrbuch Abbildung in Absatz 15). Die Proteinkette gelangt in das ER, wo sie eine Sekundär-, Tertiär- oder Quartärstruktur annimmt. Der gesamte Vorgang ist im Lehrbuch dargestellt, Abb. 22 – Finden Sie zu Hause den Fehler in diesem Bild – erhalten Sie 5) Sagen Sie mir, wie laufen diese Prozesse bei Prokaryoten ab, wenn sie keinen Kern haben?
	Regulierung der Biosynthese. Jedes Chromosom ist linear in Operons unterteilt, die aus einem Regulatorgen und einem Strukturgen bestehen. Das Signal für das Regulatorgen ist entweder das Substrat oder die Endprodukte.
	1. Finden Sie die im DNA-Fragment kodierten Aminosäuren. T-A-C-G-A-A-A-A-T-C-A-A-T-C-T-C-U-A-U- Lösung: A-U-G-C-U-U-U-A-G-U-U-A-G-A-G-A-U-A- MET LEY LEY VAL ARG ASP Es ist notwendig, ein mRNA-Fragment zusammenzusetzen und es in Tripletts zu zerlegen. 2. Finden Sie die Anticodons der tRNA, um die angegebenen Aminosäuren an die Montagestelle zu übertragen. Meth, drei, Haartrockner, arg.
	Hausaufgaben Absatz 29.

Der Ablauf der Matrixreaktionen bei der Proteinbiosynthese lässt sich als Diagramm darstellen:

Variante 1

1. Der genetische Code ist

a) ein System zur Aufzeichnung der Reihenfolge von Aminosäuren in einem Protein mithilfe von DNA-Nukleotiden

b) ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der aus 3 benachbarten Nukleotiden besteht und für die Platzierung einer bestimmten Aminosäure in einem Proteinmolekül verantwortlich ist

c) die Eigenschaft von Organismen, genetische Informationen von den Eltern an die Nachkommen weiterzugeben

d) Leseeinheit für genetische Informationen

40. Jede Aminosäure wird durch drei Nukleotide kodiert – das

a) Spezifität

b) Triplett

c) Entartung

d) nicht überlappend

41. Aminosäuren werden durch mehr als ein Codon verschlüsselt – das ist

a) Spezifität

b) Triplett

c) Entartung

d) nicht überlappend

42. Bei Eukaryoten ist ein Nukleotid nur in einem Codon enthalten – diesem

a) Spezifität

b) Triplett

c) Entartung

d) nicht überlappend

43. Alle lebenden Organismen auf unserem Planeten haben den gleichen genetischen Code – diesen

a) Spezifität

b) Universalität

c) Entartung

d) nicht überlappend

44. Die Aufteilung von drei Nukleotiden in Codons ist rein funktional und existiert nur zum Zeitpunkt des Translationsprozesses

a) Code ohne Kommas

b) Triplett

c) Entartung

d) nicht überlappend

45. Anzahl der Sense-Codons im genetischen Code

Gepostet auf Allbest.ru

...

Welche Moleküle werden basierend auf der Matrix synthetisiert?

Zu den Matrixsynthesereaktionen gehören:

Replikation – Verdoppelung des genetischen Materials;
Transkription – Synthese von Ribonukleinsäuren;
Übersetzung – die Produktion von Proteinmolekülen.

Unter Replikation versteht man die Umwandlung eines DNA-Moleküls in zwei identische, was für den Lebenszyklus von Zellen (Mitose, Meiose, Plasmidduplikation, bakterielle Zellteilung usw.) von großer Bedeutung ist. Viele Prozesse basieren auf der „Reproduktion“ von genetischem Material, und die Matrixsynthese ermöglicht es Ihnen, eine exakte Kopie jedes DNA-Moleküls wiederherzustellen.

Transkription und Translation sind zwei Phasen der Genomimplementierung. Dabei werden die in der DNA aufgezeichneten Erbinformationen in einen spezifischen Proteinsatz umgewandelt, von dem der Phänotyp des Organismus abhängt. Dieser Mechanismus wird als „DNA-RNA-Protein“-Weg bezeichnet und stellt eines der zentralen Dogmen der Molekularbiologie dar.

Die Umsetzung dieses Prinzips gelingt mittels Matrixsynthese, die den Prozess der Bildung eines neuen Moleküls mit der „Urprobe“ koppelt. Grundlage dieser Paarung ist das Grundprinzip der Komplementarität.

Grundlegende Aspekte der templatbasierten molekularen Synthese

Informationen über die Struktur des synthetisierten Moleküls sind in der Kettenfolge der Matrix selbst enthalten, zu der jeweils das entsprechende Element der „Tochter“-Kette ausgewählt wird. Wenn die chemische Natur der synthetisierten und der Matrizenmoleküle übereinstimmt (DNA-DNA oder DNA-RNA), erfolgt die Paarung direkt, da jedes Nukleotid ein Paar hat, mit dem es Kontakt aufnehmen kann.

Die Proteinsynthese erfordert einen Vermittler, von dem ein Teil über den Mechanismus der Nukleotidanpassung mit der Matrix interagiert und der andere Teil Proteineinheiten bindet. Somit funktioniert auch in diesem Fall das Prinzip der Nukleotidkomplementarität, obwohl es die Verknüpfungen der Matrize und der synthetisierten Ketten nicht direkt verbindet.

Synthesestufen

Alle Matrixsyntheseprozesse sind in drei Phasen unterteilt:

Einweihung (Anfang);
Verlängerung;
Kündigung (Ende).

Die Initiierung ist eine Vorbereitung auf die Synthese, deren Art von der Art des Prozesses abhängt. Das Hauptziel dieser Phase besteht darin, das Enzym-Substrat-System in einen funktionsfähigen Zustand zu bringen.

Bei der Verlängerung kommt es direkt zu einer Vergrößerung der synthetisierten Kette, wobei eine kovalente Bindung (Peptid oder Phosphodiester) zwischen entsprechend der Matrizensequenz ausgewählten Einheiten geschlossen wird. Die Terminierung stoppt die Synthese und gibt das Produkt frei.

Die Rolle der Komplementarität im Mechanismus der Template-Synthese

Das Prinzip der Komplementarität basiert auf der selektiven Übereinstimmung der stickstoffhaltigen Basen von Nukleotiden miteinander. So sind als Paar für Adenin nur Thymin oder Uracil (Doppelbindung) und für Guanin Cytosin (3. Dreifachbindung) geeignet.

Bei der Synthese von Nukleinsäuren binden sich komplementäre Nukleotide an die Glieder einer einzelsträngigen Matrix und reihen sich in einer bestimmten Reihenfolge aneinander. Basierend auf dem DNA-Segment AACGTT kann daher während der Replikation nur TTGCAA und während der Transkription UUGCAA erhalten werden.

Wie oben erwähnt, erfolgt die Proteinsynthese unter Beteiligung eines Vermittlers. Diese Rolle übernimmt die Transfer-RNA, die über eine Stelle zum Anheften einer Aminosäure und eines Nukleotidtripletts (Anticodon) verfügt, das an die Boten-RNA binden soll.

In diesem Fall erfolgt die komplementäre Auswahl nicht einzeln, sondern drei gleichzeitig. Da jede Aminosäure nur für einen tRNA-Typ spezifisch ist und das Anticodon einem bestimmten Triplett in der RNA entspricht, wird ein Protein mit einer bestimmten Sequenz von Einheiten synthetisiert, die im Genom enthalten ist.

Wie erfolgt die Replikation?

Die Template-DNA-Synthese erfolgt unter Beteiligung vieler Enzyme und Hilfsproteine. Die Schlüsselkomponenten sind:

DNA-Helikase – wickelt die Doppelhelix ab, zerstört die Bindungen zwischen den Ketten des Moleküls;
DNA-Ligase – „näht“ Brüche zwischen Okazaki-Fragmenten;
Primase – synthetisiert den Primer, der für die Funktion des DNA-synthetisierenden Fragments erforderlich ist;
SSB-Proteine – stabilisieren einzelsträngige Fragmente unverdrillter DNA;
DNA-Polymerasen – synthetisieren den Tochter-Matrizenstrang.

Helikase-, Primase- und SSB-Proteine bereiten den Boden für die Synthese. Dadurch wird jede der Ketten des ursprünglichen Moleküls zu einer Matrix. Die Synthese erfolgt mit enormer Geschwindigkeit (ab 50 Nukleotiden pro Sekunde).

Die DNA-Polymerase arbeitet in der Richtung vom 5'- zum 3'-Ende. Aus diesem Grund erfolgt die Synthese an einer der Ketten (der führenden) beim Abwickeln und kontinuierlich und an der anderen (nacheilenden) - in die entgegengesetzte Richtung und in separaten Fragmenten, die „Okazaki“ genannt werden.

Die Y-förmige Struktur, die dort entsteht, wo sich die DNA abwickelt, wird Replikationsgabel genannt.

Transkriptionsmechanismus

Das wichtigste Transkriptionsenzym ist die RNA-Polymerase. Letztere gibt es in mehreren Arten und sie unterscheiden sich im Aufbau zwischen Prokaryoten und Eukaryoten. Der Wirkungsmechanismus ist jedoch überall derselbe und besteht in der Vergrößerung der Kette komplementärer ausgewählter Ribonukleotide unter Schließung der Phosphodiesterbindung zwischen ihnen.

Das Vorlagemolekül für diesen Prozess ist DNA. Auf seiner Grundlage können verschiedene Arten von RNA erstellt werden, nicht nur Informations-RNA, die bei der Proteinsynthese verwendet werden.

Der Abschnitt der Matrix, aus dem die RNA-Sequenz kopiert wird, wird Transkripton genannt. Es enthält einen Promotor (einen Ort, an dem sich die RNA-Polymerase anlagern kann) und einen Terminator, an dem die Synthese stoppt.

Übertragen

Die Matrixproteinsynthese erfolgt sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten in spezialisierten Organellen – Ribosomen. Letztere bestehen aus zwei Untereinheiten, von denen eine (klein) der Bindung von tRNA und Messenger-RNA dient und die andere (groß) an der Bildung von Peptidbindungen beteiligt ist.

Dem Beginn der Translation geht die Aktivierung von Aminosäuren voraus, d. h. deren Bindung an die entsprechenden Transfer-RNAs unter Bildung einer hochenergetischen Bindung, aufgrund deren Energie anschließend Transpeptidierungsreaktionen durchgeführt werden (Anbindung der nächsten Verbindung). zur Kette).

Am Syntheseprozess sind auch Proteinfaktoren und GTP beteiligt. Dessen Energie ist für die Bewegung des Ribosoms entlang des RNA-Matrizenstrangs notwendig.

Typ