بیوسنتز پروتئین انجام می شود. محل اصلی بیوسنتز پروتئین

اطلاعات ژنتیکی در مورد ساختار یک پروتئین به عنوان یک توالی از سه گانه DNA ذخیره می شود. در این مورد، تنها یکی از زنجیره های DNA به عنوان الگویی برای رونویسی عمل می کند.

بیوسنتز پروتئین در سلول ها دنباله ای از واکنش های ماتریکسی است که طی آن انتقال متوالی اطلاعات ارثی از یک نوع مولکول به نوع دیگر منجر به تشکیل پلی پپتیدهایی با ساختار ژنتیکی می شود.

بیوسنتز پروتئین است مرحله اولاجرا یا بیان اطلاعات ژنتیکی فرآیندهای ماتریکس اصلی که بیوسنتز پروتئین را تضمین می کند شامل رونویسی DNA و ترجمه mRNA است. رونویسی DNA شامل کپی کردن اطلاعات از DNA به mRNA (پیام رسان یا پیام رسان RNA) است. پخش mRNA شامل انتقال اطلاعات از mRNA به یک پلی پپتید است.

کپی کردن mRNA با اتصال RNA پلیمراز به قطعه ای از DNA به نام پروموتر آغاز می شود. با این حال، با توجه به اطلاعات در مورد امکان اتصال جایگزین، ممکن است مواردی وجود داشته باشد که ژن ها، حتی آنهایی که در نزدیکی قرار دارند، از زنجیره های مختلف رونویسی شوند. بنابراین، هر دو رشته DNA می توانند برای رونویسی استفاده شوند. هنگام رونویسی رشته های DNA مکمل، از RNA پلیمرازهای مختلف استفاده می شود و جهت حرکت آنها در طول زنجیره توسط توالی پروموتر تعیین می شود.

از آنجایی که رشته‌های DNA نسبت به یکدیگر معکوس هستند و سنتز mRNA و همچنین سنتز DNA فقط در جهت از انتهای 5 تا 3 انجام می‌شود، پس رونویسی روی DNA در جهت مخالف انجام می‌شود.

رشته ای از DNA که دارای توالی های مشابه mRNA است نامیده می شود کد نویسیو زنجیره ای که سنتز mRNA را تضمین می کند (بر اساس جفت شدن مکمل) - ضد کدگذاری. مدار آنتی کدینگ نیز نامیده می شود رونویسی کرد.

علاوه بر mRNA، سایر محصولات رونویسی DNA نیز در سلول تولید می شوند. اینها شامل مولکولهای rRNA و tRNA است که در سنتز پلی پپتیدها نیز نقش دارند. همه این RNA ها RNA هسته ای نامیده می شوند.

اگر درصد این سه نوع RNA را در یک سلول در نظر بگیریم، mRNA بالغ حدود 5 درصد از کل محتوای RNA را تشکیل می دهد، tRNA حدود 10 درصد را تشکیل می دهد و اکثریت، تا 85 درصد، rRNA است.

همه RNA ها از DNA از تری فسفات های ریبونوکلئوتیدی رونویسی می شوند و پیروفسفات را با مشارکت RNA پلیمرازها آزاد می کنند. پروکاریوت ها تنها یک نوع RNA پلیمراز دارند که سنتز mRNA، rRNA و tRNA را فراهم می کند.

در سلول های یوکاریوتی سه نوع RNA پلیمراز (I، II، III) وجود دارد. هر یک از این RNA پلیمرازها وقتی به یک پروموتر روی DNA متصل می شوند، رونویسی توالی های مختلف DNA را تضمین می کنند. RNA پلیمراز I، rRNA های بزرگ (مولکول های RNA اصلی زیر واحدهای ریبوزومی بزرگ و کوچک) را سنتز می کند. RNA پلیمراز II تمام mRNA ها و برخی rRNA های کوچک را سنتز می کند، RNA پلیمراز III tRNA و RNA زیر واحدهای ریبوزومی 5s را سنتز می کند.

اتصال RNA پلیمرازها به پروموتر نیازمند پروتئین های خاصی است که به عنوان فاکتورهای شروع رونویسی عمل می کنند (TF I، TF II، TF III برای پلیمرازهای مربوطه).

با در نظر گرفتن این موقعیت ها، مراحل اصلی بیوسنتز پروتئین به شرح زیر است:

مرحله ی 1. رونویسی DNA. روی رشته DNA رونویسی شده، یک رشته mRNA مکمل با استفاده از RNA پلیمراز وابسته به DNA تکمیل می شود. مولکول mRNA یک کپی دقیق از زنجیره DNA رونویسی نشده است با این تفاوت که به جای دئوکسی ریبونوکلئوتیدها حاوی ریبونوکلئوتید است که به جای تیمین حاوی اوراسیل است.

مرحله 2. پردازش (بلوغ) mRNA. مولکول mRNA سنتز شده (نسخه اولیه) دچار دگرگونی های اضافی می شود. در بیشتر موارد، مولکول mRNA اصلی به قطعات جداگانه بریده می شود. برخی از قطعات - اینترون ها - به نوکلئوتیدها تقسیم می شوند، در حالی که برخی دیگر - اگزون ها - به mRNA بالغ به هم بخیه می شوند. تمام مراحل پردازش mRNA در ذرات RNP (کمپلکس های ریبونوکلئوپروتئین) رخ می دهد.

همانطور که pro-mRNA سنتز می شود، بلافاصله با پروتئین های هسته ای کمپلکس هایی تشکیل می دهد - کره های اطلاعاتی و کمپلکس های هسته ای و سیتوپلاسمی (mRNA به علاوه اطلاعات کره ها) - اطلاعاتوزوم ها را تشکیل می دهد. بنابراین، mRNA هرگز عاری از پروتئین نیست. mRNA در تمام مسیر خود تا زمانی که ترجمه کامل شود از نوکلئازها محافظت می شود. علاوه بر این، پروتئین ها ترکیب لازم را به آن می دهند.

مرحله 3. ترجمه mRNA. مولکول mRNA بدست آمده در طول رونویسی به عنوان الگویی برای سنتز یک پلی پپتید روی ریبوزوم عمل می کند. سه قلوهای mRNA که یک اسید آمینه خاص را کد می کنند نامیده می شوند کدون ها. مولکول های tRNA در ترجمه شرکت می کنند. هر مولکول tRNA حاوی آنتی کدون- یک سه گانه شناسایی که در آن توالی نوکلئوتیدی مکمل یک کدون خاص mRNA است. هر مولکول tRNA قادر به حمل یک اسید آمینه کاملاً تعریف شده است.

ساختار کلی مولکول tRNA شبیه یک برگ شبدر روی دمبرگ است. "بالای برگ" حامل آنتی کدون است. 61 نوع tRNA با آنتی کدون های مختلف وجود دارد. یک اسید آمینه به "دمبرگ برگ" متصل است (20 اسید آمینه در سنتز پلی پپتید روی ریبوزوم ها نقش دارند). هر مولکول tRNA با یک آنتی کدون خاص مربوط به یک اسید آمینه کاملاً تعریف شده است. در همان زمان، یک اسید آمینه خاص معمولاً با چندین نوع tRNA با آنتی کدون های مختلف مطابقت دارد. اسید آمینه با استفاده از آنزیم ها - آمینواسیل-tRNA سنتتازها به صورت کووالانسی به tRNA متصل می شود. این واکنش آمینواسیلاسیون tRNA نامیده می شود. ترکیب tRNA با یک اسید آمینه آمینواسیل-tRNA نامیده می شود.

ترجمه (مانند همه فرآیندهای ماتریسی) شامل سه مرحله است: شروع (آغاز)، طولانی شدن (ادامه) و پایان (پایان).

شروع.ماهیت شروع، تشکیل یک پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه اول پلی پپتید است.

در ابتدا یک کمپلکس شروع تشکیل می شود که شامل: یک زیر واحد ریبوزومی کوچک، پروتئین های خاص (عوامل شروع) و یک آغازگر ویژه متیونین tRNA با اسید آمینه متیونین - Met-tRNAMet. مجموعه آغازین شروع mRNA را تشخیص می دهد، به آن متصل می شود و تا نقطه شروع (آغاز) بیوسنتز پروتئین می لغزد: در بیشتر موارد، این کدون شروع است. آگوست. بین کدون شروع mRNA و آنتی کدون tRNA متیونین، اتصال وابسته به کدون با تشکیل پیوندهای هیدروژنی رخ می دهد. سپس اتصال زیر واحد ریبوزومی بزرگ رخ می دهد.

هنگامی که زیرواحدها با هم ترکیب می شوند، یک ریبوزوم کامل تشکیل می شود که حامل دو مرکز (محل) فعال است: محل A (آمینوآسیل که برای اتصال آمینواسیل-tRNA به کار می رود) و سایت P (پپتیدیل ترانسفراز، که برای ایجاد پیوند پپتیدی بین آنها عمل می کند. آمینو اسید). در ابتدا، Met-tRNAMet در سایت A قرار دارد، اما سپس به سایت P منتقل می شود. سایت A آزاد شده، aminoacyl-tRNA را با یک آنتی کدون دریافت می کند، که مکمل کدون mRNA به دنبال کدون AUG است. به عنوان مثال، این Gly-tRNAGly با آنتی کدون CCG است که مکمل کدون HGC است. در نتیجه اتصال وابسته به کدون، پیوندهای هیدروژنی بین کدون mRNA و آنتی کدون aminoacyl-tRNA تشکیل می شود. بنابراین، دو اسید آمینه در نزدیکی ریبوزوم ظاهر می شوند که بین آنها یک پیوند پپتیدی تشکیل می شود. پیوند کووالانسی بین اولین اسید آمینه (متیونین) و tRNA آن شکسته شده است.

پس از تشکیل پیوند پپتیدی بین دو اسید آمینه اول، ریبوزوم یک سه گانه جابجا می شود. در نتیجه، جابجایی (حرکت) آغازگر متیونین tRNAMet در خارج از ریبوزوم رخ می دهد. پیوند هیدروژنی بین کدون شروع و آنتی کدون شروع tRNA شکسته می شود. در نتیجه، tRNAMet آزاد جدا می شود و به دنبال اسید آمینه خود می رود.

در این حالت، tRNA دوم همراه با اسید آمینه (Gly-tRNAGly) در نتیجه جابجایی به محل P ختم می شود و محل A آزاد می شود.

ازدیاد طول.ماهیت افزایش طول، افزودن اسیدهای آمینه بعدی، یعنی گسترش زنجیره پلی پپتیدی است. چرخه کاری ریبوزوم در طول طویل شدن شامل سه مرحله است: اتصال وابسته به کدون mRNA و aminoacyl-tRNA در محل A، تشکیل پیوند پپتیدی بین اسید آمینه و زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد، و جابجایی با آزاد شدن یک سایت.

محل خالی A آمینواسیل-tRNA را با یک آنتی کد مربوط به کدون بعدی mRNA دریافت می کند (به عنوان مثال، این Tyr-tRNATyr با آنتی کدون AUA است که مکمل کدون UAU است).

روی ریبوزوم دو اسید آمینه در نزدیکی آن وجود دارد که یک پیوند پپتیدی بین آنها تشکیل می شود. ارتباط بین اسید آمینه قبلی و tRNA آن (در مثال ما بین گلیسین و tRNAGly) شکسته شده است.

سپس ریبوزوم توسط سه گانه دیگر جابجا می شود و در نتیجه جابجایی، tRNA که در محل P قرار داشت (در مثال ما tRNAGly) به خارج از ریبوزوم می رسد و از mRNA جدا می شود. سایت A آزاد می شود و چرخه کاری ریبوزوم دوباره شروع می شود.

خاتمه دادن.شامل تکمیل سنتز زنجیره پلی پپتیدی است.
در نهایت، ریبوزوم به کدون mRNA می رسد که با هیچ tRNA (یا اسید آمینه) مطابقت ندارد. سه n از این قبیل وجود دارد کدون های onsense: UAA ("اخر")، UAG ("کهربا")، UGA ("اپال").در این کدون های mRNA، چرخه کاری ریبوزوم قطع می شود و رشد پلی پپتید متوقف می شود. ریبوزوم، تحت تأثیر پروتئین های خاص، دوباره به زیر واحدها تقسیم می شود.

انرژی بیوسنتز پروتئینبیوسنتز پروتئین یک فرآیند بسیار انرژی بر است. هنگامی که آمینواسیلاسیون tRNA، انرژی یک پیوند از مولکول ATP صرف می شود، در طول اتصال وابسته به کدون aminoacyl-tRNA، انرژی یک پیوند از یک مولکول GTP صرف می شود، و زمانی که ریبوزوم یک سه گانه حرکت می کند، انرژی یک پیوند از مولکول GTP دیگر صرف می شود. در نتیجه، حدود 90 کیلوژول بر مول صرف اتصال یک اسید آمینه به یک زنجیره پلی پپتیدی می شود. هنگامی که پیوند پپتیدی هیدرولیز می شود، تنها 2 کیلوژول بر مول آزاد می شود. بنابراین، در طول بیوسنتز، بیشتر انرژی به طور جبران ناپذیری از دست می رود (به صورت گرما تلف می شود).

مهمترین وظایف بدن - متابولیسم، رشد، تکامل، انتقال وراثت، حرکت و غیره - در نتیجه بسیاری از کارها انجام می شود. واکنش های شیمیاییشامل پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر مواد فعال بیولوژیکی است. در همان زمان، ترکیبات مختلفی به طور مداوم در سلول ها سنتز می شوند: پروتئین های ساختمانی، پروتئین های آنزیمی، هورمون ها. در طی متابولیسم، این مواد فرسوده شده و از بین می روند و به جای آنها مواد جدیدی تشکیل می شود. از آنجایی که پروتئین ها اساس مادی زندگی را ایجاد می کنند و تمام واکنش های متابولیکی را تسریع می کنند، فعالیت حیاتی سلول و ارگانیسم به عنوان یک کل توسط توانایی سلول ها برای سنتز پروتئین های خاص تعیین می شود. ساختار اولیه آنها توسط کد ژنتیکی در مولکول DNA از پیش تعیین شده است.

مولکول های پروتئین از ده ها و صدها اسید آمینه (به طور دقیق تر، باقی مانده های اسید آمینه) تشکیل شده اند. به عنوان مثال، حدود 600 مورد از آنها در یک مولکول هموگلوبین وجود دارد، و آنها در چهار زنجیره پلی پپتیدی توزیع شده اند. در مولکول ریبونوکلئاز 124 اسید آمینه و غیره وجود دارد.

نقش اصلی در تعیین ساختار اولیه پروتئین متعلق به مولکول ها است DNAبخش های مختلف آن سنتز پروتئین های مختلف را رمزگذاری می کند، بنابراین، یک مولکول DNA در سنتز بسیاری از پروتئین ها نقش دارد. خواص پروتئین ها به توالی اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی بستگی دارد. به نوبه خود، تناوب اسیدهای آمینه توسط توالی نوکلئوتیدها در DNA تعیین می شود و هر اسید آمینه مربوط به یک سه گانه خاص است. به طور تجربی ثابت شده است که، به عنوان مثال، یک بخش DNA با یک سه گانه AAC مربوط به اسید آمینه لوسین، یک سه گانه ACC به تریپتوفان، یک سه گانه ACA به سیستئین و غیره است. با تقسیم مولکول DNA به سه قلو، می توانید تصور کنید که کدام اسیدهای آمینه و در چه توالی در مولکول پروتئین قرار دارند. مجموعه ای از سه قلوها اساس مادی ژن ها را تشکیل می دهند و هر ژن حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار یک پروتئین خاص است (یک ژن واحد بیولوژیکی اساسی وراثت است؛ از نظر شیمیایی، یک ژن بخشی از DNA است که شامل چند صد جفت نوکلئوتید است). .

کد ژنتیکی -سازمان دهی تاریخی مولکول های DNA و RNA که در آن توالی نوکلئوتیدهای موجود در آنها اطلاعاتی در مورد توالی اسیدهای آمینه در مولکول های پروتئین دارد. ویژگی های کد:سه گانه (کدون)، عدم همپوشانی (کدون ها به دنبال یکدیگر)، ویژگی (یک کدون می تواند تنها یک اسید آمینه را در یک زنجیره پلی پپتیدی تعیین کند)، جهانی بودن (در همه موجودات زنده همان کدون گنجاندن همان اسید آمینه را تعیین می کند. پلی پپتید)، افزونگی (برای اکثر اسیدهای آمینه چندین کدون وجود دارد). سه قلوهایی که اطلاعاتی در مورد اسیدهای آمینه ندارند، سه قلوهای توقف هستند که نشان دهنده محل شروع سنتز است. i-RNA(V.B. Zakharov. Biology. مواد مرجع. M., 1997)

از آنجایی که DNA در هسته سلول قرار دارد و سنتز پروتئین در سیتوپلاسم اتفاق می افتد، واسطه ای وجود دارد که اطلاعات را از DNA به ریبوزوم ها منتقل می کند. RNA به عنوان یک واسطه عمل می کند، که توالی نوکلئوتیدی بر روی آن بازنویسی می شود، دقیقا مطابق با DNA - طبق اصل مکمل بودن. این فرآیند نامیده می شود رونویسی هاو به عنوان یک واکنش سنتز ماتریس انجام می شود. این تنها ویژگی ساختارهای زنده است و زیربنای مهمترین ویژگی موجودات زنده - تولید مثل خود است. بیوسنتز پروتئین با سنتز الگوی mRNA روی یک رشته DNA انجام می شود. mRNA حاصل از هسته سلول به داخل سیتوپلاسم می رود، جایی که ریبوزوم ها بر روی آن قرار می گیرند و اسیدهای آمینه با کمک RNA به اینجا منتقل می شوند.

سنتز پروتئین یک فرآیند پیچیده چند مرحله ای است که شامل DNA، mRNA، tRNA، ریبوزوم ها، ATP و آنزیم های مختلف می شود. ابتدا اسیدهای آمینه در سیتوپلاسم توسط آنزیم ها فعال شده و به tRNA (به محلی که نوکلئوتید CCA در آن قرار دارد) متصل می شوند. در مرحله بعدی، اسیدهای آمینه به ترتیبی که در آن نوکلئوتیدها از DNA به mRNA منتقل می شوند، ترکیب می شوند. این مرحله نامیده می شود پخش.روی یک رشته mRNA یک ریبوزوم وجود ندارد، بلکه گروهی از آنها وجود دارد - چنین مجموعه ای پلی زومی نامیده می شود (N.E. Kovalev، L.D. Shevchuk، O.I. Shchurenko. زیست شناسی برای بخش های آماده سازی موسسات پزشکی).

طرح بیوسنتز پروتئین

سنتز پروتئین شامل دو مرحله است - رونویسی و ترجمه.

I. رونویسی (بازنویسی) - بیوسنتز مولکول های RNA که در کروموزوم ها روی مولکول های DNA مطابق با اصل سنتز الگو انجام می شود. با کمک آنزیم ها، همه انواع RNA (mRNA، rRNA، tRNA) در بخش های مربوط به مولکول DNA (ژن ها) سنتز می شوند. 20 نوع tRNA سنتز می شود، زیرا 20 اسید آمینه در بیوسنتز پروتئین شرکت می کنند. سپس mRNA و tRNA در سیتوپلاسم آزاد می شوند، rRNA در زیر واحدهای ریبوزومی ادغام می شود، که آنها نیز به سیتوپلاسم خارج می شوند.

II. ترجمه (انتقال) سنتز زنجیره های پلی پپتیدی پروتئین ها است که در ریبوزوم ها انجام می شود. با حوادث زیر همراه است:

1. تشکیل مرکز عملکردی ریبوزوم - FCR، متشکل از mRNA و دو زیر واحد ریبوزومی. در FCR همیشه دو سه گانه (شش نوکلئوتید) mRNA وجود دارد که دو مرکز فعال را تشکیل می دهند: A (اسید آمینه) - مرکز تشخیص اسید آمینه و P (پپتید) - مرکز اتصال اسید آمینه به زنجیره پپتیدی. .

2. انتقال آمینو اسیدهای متصل به tRNA از سیتوپلاسم به FCR. در مرکز فعال A، آنتی کدون tRNA با کدون mRNA خوانده می شود، در صورت مکمل بودن، پیوندی تشکیل می شود که به عنوان یک سیگنال برای پیشرفت (پرش) در طول mRNA ریبوزومی توسط یک سه گانه عمل می کند. در نتیجه، پیچیده "rRNA کدون و tRNA با اسید آمینه" به مرکز فعال P حرکت می کند، جایی که اسید آمینه به زنجیره پپتیدی (مولکول پروتئین) اضافه می شود. سپس tRNA از ریبوزوم خارج می شود.

3. زنجیره پپتیدی طولانی می شود تا زمانی که ترجمه به پایان برسد و ریبوزوم از mRNA بپرد. یک mRNA می تواند همزمان حاوی چندین ریبوزوم (پلی زوم) باشد. زنجیره پلی پپتیدی در کانال شبکه آندوپلاسمی غوطه ور می شود و در آنجا ساختار ثانویه، سوم یا چهارم پیدا می کند. سرعت مونتاژ یک مولکول پروتئین متشکل از 200-300 اسید آمینه 1-2 دقیقه است. فرمول بیوسنتز پروتئین: DNA (رونویسی) --> RNA (ترجمه) --> پروتئین.

پس از تکمیل یک چرخه، پلی زوم ها می توانند در سنتز مولکول های پروتئین جدید شرکت کنند.

مولکول پروتئین جدا شده از ریبوزوم به شکل رشته ای است که از نظر بیولوژیکی غیر فعال است. پس از اینکه مولکول ساختار ثانویه، سوم و چهارم را به دست آورد، یعنی یک پیکربندی خاص فضایی، از نظر بیولوژیکی کاربردی می شود. ساختارهای ثانویه و بعدی مولکول پروتئین در اطلاعات موجود در تناوب اسیدهای آمینه، یعنی در ساختار اولیه پروتئین، از پیش تعیین شده است. به عبارت دیگر، برنامه تشکیل یک گلبول، پیکربندی منحصر به فرد آن، توسط ساختار اولیه مولکول تعیین می شود که به نوبه خود تحت کنترل ژن مربوطه ساخته می شود.

سرعت سنتز پروتئین توسط عوامل زیادی تعیین می شود: دمای محیط، غلظت یون های هیدروژن، مقدار محصول نهایی سنتز، وجود اسیدهای آمینه آزاد، یون های منیزیم، وضعیت ریبوزوم ها و غیره.

هر رشته علمی "پرنده آبی" خود را دارد. سایبرنتیک ها رویای ماشین های "فکر" را می بینند، فیزیکدان ها رویای واکنش های گرما هسته ای کنترل شده، شیمیدان ها رویای سنتز "ماده زنده" - پروتئین را می بینند. سنتز پروتئین برای سال‌ها موضوع رمان‌های علمی تخیلی بوده است، نمادی از قدرت آینده شیمی. این هم با نقش عظیمی که پروتئین در دنیای زنده ایفا می کند و هم با مشکلاتی که به طور اجتناب ناپذیری با هر جسوری که جرأت می کرد یک موزاییک پروتئینی پیچیده از اسیدهای آمینه منفرد را «کنار هم قرار دهد» با آن مواجه می شود توضیح داده می شود. و نه حتی خود پروتئین، بلکه فقط پپتیدها.

تفاوت بین پروتئین‌ها و پپتیدها فقط در اصطلاح نیست، اگرچه زنجیره‌های مولکولی هر دو از بقایای اسید آمینه تشکیل شده‌اند. در برخی از مراحل، کمیت به کیفیت تبدیل می شود: زنجیره پپتیدی - ساختار اولیه - توانایی تا شدن به مارپیچ ها و توپ ها را به دست می آورد و ساختارهای ثانویه و سوم را تشکیل می دهد که قبلاً مشخصه ماده زنده است. و سپس پپتید به پروتئین تبدیل می شود. در اینجا هیچ مرز مشخصی وجود ندارد - شما نمی توانید علامتی را روی یک زنجیره پلیمری قرار دهید: از این پس - یک پپتید، از این پس - یک پروتئین. اما مشخص است که به عنوان مثال، هورمون آدرانوکورتیکوتروپیک، متشکل از 39 باقیمانده اسید آمینه، یک پلی پپتید است و هورمون انسولین، متشکل از 51 باقیمانده به شکل دو زنجیره، در حال حاضر یک پروتئین است. ساده ترین، اما هنوز یک پروتئین است.

روش ترکیب اسیدهای آمینه به پپتیدها در آغاز قرن گذشته توسط شیمیدان آلمانی امیل فیشر کشف شد. اما برای مدت طولانی پس از این، شیمیدانان نمی توانستند به طور جدی نه تنها به سنتز پروتئین ها یا پپتیدهای 39 عضوی، بلکه حتی زنجیره های بسیار کوتاه تر فکر کنند.

فرآیند سنتز پروتئین

برای اتصال دو اسید آمینه به یکدیگر، باید بر مشکلات زیادی غلبه کرد. هر اسید آمینه، مانند ژانوس دو وجهی، دارای دو وجه شیمیایی است: یک گروه اسید کربوکسیلیک در یک انتها و یک گروه باز آمین در طرف دیگر. اگر گروه OH از کربوکسیل یک اسید آمینه، و اتم از گروه آمین اسید آمینه دیگر حذف شود، آنگاه دو باقی مانده اسید آمینه حاصل می توانند توسط یک پیوند پپتیدی به یکدیگر متصل شوند و در نتیجه، ساده ترین پپتید، یک دی پپتید، ظاهر می شود. و یک مولکول آب جدا می شود. با تکرار این عمل می توان طول پپتید را افزایش داد.

با این حال، انجام این عملیات به ظاهر ساده عملاً دشوار است: اسیدهای آمینه بسیار تمایلی به ترکیب با یکدیگر ندارند. شما باید آنها را از نظر شیمیایی فعال کنید و یکی از انتهای زنجیره (اغلب انتهای کربوکسیل) را "گرم کنید" و واکنش را با رعایت دقیق انجام دهید. شرایط لازم. اما این همه ماجرا نیست: مشکل دوم این است که نه تنها بقایای اسیدهای آمینه مختلف می توانند به یکدیگر متصل شوند، بلکه دو مولکول از یک اسید نیز می توانند به یکدیگر متصل شوند. در این حالت، ساختار پپتید سنتز شده از قبل با نمونه مورد نظر متفاوت خواهد بود. علاوه بر این، هر اسید آمینه می تواند نه دو، بلکه چندین "پاشنه آشیل" داشته باشد - گروه های شیمیایی فعال جانبی که قادر به چسباندن بقایای اسید آمینه هستند.

برای جلوگیری از انحراف واکنش از یک مسیر معین، لازم است این اهداف کاذب را استتار کنید - با اتصال به اصطلاح تمام گروه های واکنش آمینو اسید، به جز یکی، برای مدت زمان واکنش، "مهر" شوند. گروه های حفاظتی به آنها اگر این کار انجام نشود، هدف نه تنها از هر دو انتها، بلکه به پهلو نیز رشد می کند و اسیدهای آمینه دیگر نمی توانند در توالی داده شده ترکیب شوند. اما این دقیقاً معنای هر سنتز جهت دار است.

اما در حین رهایی از یک مشکل به این روش، شیمیدانان با مشکل دیگری مواجه شدند: گروه های محافظ باید پس از اتمام سنتز حذف شوند. در زمان فیشر، گروه هایی که با هیدرولیز جدا شده بودند به عنوان "محافظت" استفاده می شدند. با این حال، واکنش هیدرولیز معمولاً برای پپتید به دست آمده یک "شوک" بسیار قوی بود: "ساختار" آن که به سختی ساخته شده بود به محض اینکه "داربست" - گروه های محافظ - از آن جدا شد از بین رفت. تنها در سال 1932، M. Bergmann، شاگرد فیشر، راهی برای خروج از این وضعیت پیدا کرد: او حفاظت از گروه آمینو اسید آمینه را با یک گروه کربوبنزوکسی پیشنهاد کرد، که می تواند بدون آسیب رساندن به زنجیره پپتیدی حذف شود.

سنتز پروتئین از اسیدهای آمینه

در طول سال‌های بعد، تعدادی روش به اصطلاح نرم برای «پیوند متقابل» اسیدهای آمینه با یکدیگر پیشنهاد شد. با این حال، همه آنها در واقع فقط تغییراتی در موضوع روش فیشر بودند. تغییراتی که گاهی حتی گرفتن ملودی اصلی در آنها دشوار بود. اما اصل خود ثابت باقی ماند. و با این حال، مشکلات مربوط به محافظت از گروه های آسیب پذیر یکسان باقی مانده است. غلبه بر این مشکلات باید با افزایش تعداد مراحل واکنش هزینه می شد: یک عمل ابتدایی - ترکیب دو اسید آمینه - به چهار مرحله تقسیم شد. و هر مرحله اضافی به معنای ضررهای اجتناب ناپذیر است.

حتی اگر فرض کنیم که هر مرحله دارای بازده مفید 80٪ است (و این یک بازده خوب است)، پس از چهار مرحله این 80٪ به 40٪ "ذوب" می شود. و این تنها با سنتز یک دی پپتید است! اگر 8 اسید آمینه وجود داشته باشد چه؟ و اگر 51، مانند انسولین؟ به اینها پیچیدگی مربوط به وجود دو شکل "آینه ای" نوری از مولکول های آمینو اسید را اضافه کنید که تنها یکی از آنها در واکنش مورد نیاز است، به علاوه مشکلات جداسازی پپتیدهای حاصل از محصولات جانبی، به ویژه در مواردی که آنها به یک اندازه محلول هستند. مجموع چقدر است: جاده به ناکجاآباد؟

و با این حال، این دشواری ها شیمیدانان را متوقف نکردند. تعقیب "پرنده آبی" ادامه یافت. در سال 1954، اولین هورمون های پلی پپتیدی فعال بیولوژیکی - وازوپرسین و اکسی توسین - سنتز شدند. آنها حاوی هشت اسید آمینه بودند. در سال 1963، پلی پپتید 39 عضوی ACTH، هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک، سنتز شد. سرانجام، شیمیدانان در ایالات متحده آمریکا، آلمان و چین اولین پروتئین - هورمون انسولین - را سنتز کردند.

چگونه ممکن است، خواننده خواهد گفت: جاده سختبه نظر می رسد، نه به هیچ جا و هیچ کجا، بلکه به تحقق رویاهای بسیاری از نسل های شیمیدان منجر شده است! این یک رویداد دوران ساز است! درست است، این یک رویداد دوران ساز است. اما بیایید آن را با احتیاط ارزیابی کنیم و از هیجان گرایی، علامت تعجب و احساسات بیش از حد اجتناب کنیم.

هیچ کس بحث نمی کند: سنتز انسولین یک پیروزی بزرگ برای شیمیدانان است. این یک اثر عظیم و غول پیکر است که در خور تحسین است. اما در عین حال، نفس اساسا سقف شیمی قدیمی پلی پپتیدها است. این پیروزی در آستانه شکست است.

سنتز پروتئین و انسولین

انسولین دارای 51 اسید آمینه است. برای ترکیب آنها در توالی مورد نظر، شیمیدانان نیاز به انجام 223 واکنش داشتند. زمانی که آخرین سه سال پس از شروع اولین مورد تکمیل شد، بازده کمتر از یک صدم درصد بود. سه سال، 223 مرحله، یک صدم درصد - شما موافقت خواهید کرد که پیروزی صرفاً نمادین است. صحبت در مورد کاربرد عملیاین روش بسیار دشوار است: هزینه های مربوط به اجرای آن بسیار زیاد است. اما در نهایت ما در مورد سنتز یادگارهای گرانبها از شکوه شیمی آلی صحبت نمی کنیم، بلکه در مورد انتشار چیزهای بسیار مهم است. محصول دارویی، که مورد نیاز هزاران نفر در سراسر جهان است. بنابراین، روش کلاسیک سنتز پلی پپتید خود را با اولین و ساده ترین پروتئین تمام کرد. آیا این بدان معناست که "پرنده آبی" دوباره از دست شیمیدانان فرار کرده است؟

روش جدید سنتز پروتئین

حدود یک سال و نیم قبل از اینکه جهان از سنتز انسولین مطلع شود، پیام دیگری در مطبوعات ظاهر شد که در ابتدا توجه زیادی را به خود جلب نکرد: دانشمند آمریکایی R. Maryfield روش جدیدی را برای سنتز پپتیدها پیشنهاد کرد. از آنجایی که خود نویسنده در ابتدا ارزیابی مناسبی به این روش نداده بود و کاستی‌های زیادی در آن وجود داشت، به نظر می‌رسید که در یک تقریب اول، حتی بدتر از روش‌های موجود. با این حال، در ابتدای سال 1964، زمانی که مریفیلد با استفاده از روش خود، توانست سنتز کامل یک هورمون 9 عضوی را با بازده مفید 70٪ کامل کند، دانشمندان شگفت زده شدند: 70٪ پس از تمام مراحل، 9٪ از عملکرد مفید در هر مرحله از سنتز.

ایده اصلی روش جدید این است که زنجیره‌های در حال رشد پپتیدها، که قبلاً در محلول به حرکت بی‌نظم رها می‌شدند، اکنون در یک انتها به یک حامل جامد گره خورده‌اند - همانطور که بود، مجبور به لنگر شدن شدند. در محلول مریفیلد یک رزین جامد برداشت و اولین اسید آمینه مونتاژ شده در یک پپتید را به گروه‌های فعال آن در انتهای کربونیل "چسباند". واکنش ها در داخل ذرات رزین منفرد انجام شد. در "لابیرنت" مولکول های آن، اولین شاخه های کوتاه پپتید آینده ظاهر شد. سپس آمینو اسید دومی به ظرف وارد شد، مولکول‌های آن توسط انتهای کربونیلی خود با انتهای آمین آزاد اسید آمینه متصل شده به هم متصل شدند و «طبقه» دیگری از «ساختمان» آینده پپتید در آن رشد کرد. ذرات بنابراین، مرحله به مرحله، کل پلیمر پپتیدی به تدریج ساخته شد.

روش جدید مزایای بدون شک داشت: اول از همه، مشکل جداسازی محصولات غیر ضروری را پس از افزودن هر اسید آمینه متوالی حل کرد - این محصولات به راحتی شسته می شدند و پپتید به دانه های رزین چسبیده باقی می ماند. در همان زمان، مشکل حلالیت پپتیدهای در حال رشد حذف شد - یکی از آفت های اصلی روش قدیمی. قبلاً آنها اغلب رسوب می کردند و عملاً مشارکت در روند رشد را متوقف می کردند. پپتیدهایی که پس از پایان سنتز از تکیه گاه جامد حذف شدند، تقریباً همه از یک اندازه و ساختار بودند، در هر صورت پراکندگی در ساختار کمتر از روش کلاسیک بود. و بر این اساس، یک راه حل مفید تر. به لطف این روش، سنتز پپتید - یک سنتز پر زحمت و پر زحمت - می تواند به راحتی خودکار شود.

مریفیلد یک ماشین ساده ساخت که طبق یک برنامه داده شده، تمام عملیات مورد نیاز را انجام می داد - تهیه معرف، مخلوط کردن، تخلیه، شستشو، اندازه گیری دوز، افزودن بخش جدید و غیره. اگر طبق روش قدیمی 2-3 روز طول می کشید تا یک اسید آمینه اضافه شود، مریفیلد روزانه 5 اسید آمینه را روی دستگاه خود وصل می کرد. تفاوت 15 برابر است.

چه مشکلاتی در سنتز پروتئین وجود دارد؟

روش مریفیلد که فاز جامد یا ناهمگن نامیده می شود، بلافاصله توسط شیمیدانان سراسر جهان پذیرفته شد. با این حال، پس از مدت کوتاهیروشن شد: روش جدید، همراه با مزایای عمده، دارای تعدادی معایب جدی نیز می باشد.

همانطور که زنجیره های پپتیدی رشد می کنند، ممکن است اتفاق بیفتد که یکی از آنها، مثلاً، سومین "طبقه" - سومین اسید آمینه: مولکول آن به محل اتصال نمی رسد و در طول مسیر در جامد "وحشی" ساختاری گیر می کند. پلیمر و سپس، حتی اگر تمام آمینو اسیدهای دیگر، با شروع از چهارم، به ترتیب مناسب قرار گیرند، این دیگر وضعیت را نجات نخواهد داد. پلی پپتید حاصل از نظر ترکیب و در نتیجه خواص آن هیچ شباهتی با ماده حاصل نخواهد داشت. همان چیزی که هنگام شماره گیری یک شماره تلفن اتفاق می افتد. اگر یک رقم را از قلم بیاندازیم، این که بقیه را به درستی تایپ کرده ایم دیگر کمکی به ما نمی کند. جدا کردن چنین زنجیرهای کاذب از "واقعی" تقریبا غیرممکن است و معلوم می شود که آماده سازی با ناخالصی ها آلوده است. علاوه بر این، معلوم می شود که سنتز را نمی توان روی هیچ رزینی انجام داد - باید با دقت انتخاب شود، زیرا خواص پپتید در حال رشد تا حدی به خواص رزین بستگی دارد. بنابراین، تمام مراحل سنتز پروتئین باید تا حد امکان با دقت انجام شود.

سنتز پروتئین DNA، ویدئو

و در نهایت یک ویدیوی آموزشی در مورد چگونگی سنتز پروتئین در مولکول های DNA را به خدمت شما می آوریم.

بیوسنتز پروتئین یکی از انواع متابولیسم پلاستیک است که طی آن اطلاعات ارثی رمزگذاری شده در ژن‌های DNA به دنباله خاصی از اسیدهای آمینه در مولکول‌های پروتئین وارد می‌شود.

مراحل بیوسنتز یک نوع پروتئین در یک سلول

■ ابتدا mRNA در بخش خاصی از یکی از زنجیره های مولکول DNA سنتز می شود.

■ mRNA از طریق منافذ غشای هسته ای به داخل سیتوپلاسم خارج شده و به زیر واحد کوچک ریبوزوم متصل می شود.

■ tRNA آغازگر به همان زیر واحد ریبوزومی متصل است. آنتی کدون آن با کدون شروع mRNA - AUG تعامل دارد. پس از این، یک ریبوزوم فعال از ذرات ریز و درشت تشکیل می شود.

■ هنگامی که یک اسید آمینه جدید ترکیب می شود، ریبوزوم سه نوکلئوتید را به جلو حرکت می دهد. ریبوزوم در طول mRNA حرکت می کند تا زمانی که به یکی از سه کدون توقف خود - UAA، UAG یا UGA برسد.

پس از این، پلی پپتید از ریبوزوم خارج شده و به سیتوپلاسم فرستاده می شود. یک مولکول mRNA حاوی چندین ریبوزوم است که یک پلی زوم را تشکیل می دهند. بر روی پلی زوم ها است که سنتز همزمان چندین زنجیره پلی پپتیدی یکسان اتفاق می افتد.

■ هر مرحله از بیوسنتز توسط یک آنزیم مربوطه کاتالیز می شود و ارائه می شود انرژی ATP.

■ بیوسنتز در سلول ها با سرعت فوق العاده ای اتفاق می افتد. در بدن حیوانات بالاتر در یک دقیقه تا 60 هزار پیوند پپتیدی تشکیل می شود.

دقت سنتز پروتئین با مکانیسم های زیر تضمین می شود:

و یک آنزیم خاص اتصال یک اسید آمینه کاملاً تعریف شده را به مولکول های RNA انتقالی مربوطه تضمین می کند.

■ RNA انتقالی که یک اسید آمینه را متصل کرده است، با آنتی کدون خود به کدون روی RNA پیام رسان در محل اتصال ریبوزوم متصل می شود. تنها پس از اینکه مولکول tRNA کدون "خود" خود را تشخیص داد، اسید آمینه در زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد گنجانده می شود.

نمونه هایی از وظایف شماره 9

تمام مراحل بیوسنتز پروتئین را فهرست کنید. شروع و پایان سنتز mRNA چگونه تعیین می شود؟

2. یک سه قلو DNA حاوی اطلاعات است

الف) در مورد توالی اسیدهای آمینه در یک پروتئین؛

ب) در مورد یک ویژگی یک موجود زنده؛

ج) حدود یک اسید آمینه موجود در زنجیره پروتئین.

د) در مورد شروع سنتز RNA.

3. فرآیند رونویسی در کجا انجام می شود؟

4. چه اصلي صحت بيوسنتز پروتئين را تضمين مي كند؟

تبادل انرژی در سلول (تخلیه)

متابولیسم انرژی مجموعه ای از واکنش های شیمیایی تجزیه تدریجی ترکیبات آلی است که با آزاد شدن انرژی همراه است که بخشی از آن صرف سنتز ATP می شود.

فرآیندهای تجزیه ترکیبات آلی در موجودات هوازی در سه مرحله رخ می دهد که هر مرحله با چندین واکنش آنزیمی همراه است. مشارکت آنزیم ها انرژی فعال سازی واکنش های شیمیایی را کاهش می دهد، به همین دلیل انرژی بلافاصله (مانند روشن کردن یک کبریت) آزاد نمی شود، اما به تدریج.

مرحله اول مقدماتی است. در دستگاه گوارش ارگانیسم های چند سلولی، توسط آنزیم های گوارشی انجام می شود. در موجودات تک سلولی - توسط آنزیم های لیزوزوم. در مرحله اول، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، چربی ها به گلیسرول و اسیدهای چرب، پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک به نوکلئوتیدها.

این فرآیند هضم نامیده می شود.

مرحله دوم بدون اکسیژن (گلیکولیز) است. در سیتوپلاسم سلول ها وجود دارد. شامل نه واکنش متوالی تبدیل یک مولکول گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید (PVA)، 2ATP، H 2 0 و NADP * H:

C 6 H 12 0 6 +2ADP+2P+2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 +2ATP+

2H 2 0+2NADP*H (PVK)

ATP و NADP*H ترکیباتی هستند که مقداری از انرژی آزاد شده در طی گلیکولیز را ذخیره می کنند.

بقیه انرژی به صورت گرما دفع می شود.

در سلول‌های مخمر و گیاهی (با کمبود اکسیژن)، اسید پیروویک تجزیه می‌شود اتانولو اکسیژن این فرآیند تخمیر الکلی نامیده می شود.

در ماهیچه های حیوانات، تحت بارهای سنگین و کمبود اکسیژن، اسید لاکتیک تشکیل می شود که به شکل لاکتات تجمع می یابد.

مرحله سوم اکسیژن است. با اکسیداسیون کامل گلوکز و محصولات میانی به دی اکسید کربن و آب به پایان می رسد. در این حالت، تجزیه یک مولکول گلوکز 38 مولکول ATP تولید می کند. این فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی نامیده می شود. پس از انباشته شدن مقدار کافی اکسیژن مولکولی در جو امکان پذیر شد.

تنفس سلولی در غشای داخلی میتوکندری، که مولکول‌هایی که الکترون‌ها را حمل می‌کنند، در آن جاسازی می‌شود. در این مرحله بیشتر انرژی متابولیک آزاد می شود. مولکول های حامل الکترون ها را به اکسیژن مولکولی منتقل می کنند. مقداری از انرژی به صورت گرما تلف می شود و مقداری نیز صرف تشکیل ATP می شود.

واکنش کل متابولیسم انرژی: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6C0 2 + 6H 2 0 + 38ATP.

نمونه هایی از وظایف M10

1. جوهر تغذیه هتروتروف است

الف) در سنتز ترکیبات آلی خود از غیر آلی؛

ب) در مصرف ترکیبات معدنی؛

ج) استفاده از ترکیبات آلی به دست آمده از غذا برای ساختن بدن خود؛

د) در سنتز ATP.

2. محصولات نهایی اکسیداسیون مواد آلی هستند

الف) ATP و آب؛

ب) اکسیژن و دی اکسید کربن;

ج) آب، دی اکسید کربن، آمونیاک؛

د) ATP و اکسیژن.

3. مولکول گلوکز در مرحله اول تجزیه

الف) به دی اکسید کربن و آب اکسید می شود.

ب) تغییر نمی کند؛

ج) به یک مولکول ATP تبدیل می شود.

د) به دو مولکول سه کربنی (TCM) تقسیم می شود.

4. منبع جهانی انرژی در سلول چیست؟

5. مقدار کل ATP بدست آمده در طول متابولیسم انرژی چیست؟

6. در مورد فرآیندهای گلیکولیز برای ما بگویید.

7. انرژی انباشته شده در ATP چگونه استفاده می شود؟

رابطه انرژی و پلاستیک

متابولیسم در سلول های حیوانی و گیاهی

متابولیسم (متابولیسم) مجموعه ای از فرآیندهای به هم پیوسته سنتز و تجزیه است که با جذب و آزادسازی انرژی و تبدیل مواد شیمیایی سلول همراه است. گاهی اوقات به متابولیسم پلاستیک و انرژی تقسیم می شود که به هم مرتبط هستند. تمام فرآیندهای مصنوعی نیاز به مواد و انرژی دارند که توسط فرآیندهای شکافت تامین می شود. فرآیندهای تجزیه توسط آنزیم هایی که در طی متابولیسم پلاستیک سنتز می شوند، با استفاده از محصولات و انرژی متابولیسم انرژی کاتالیز می شوند.

برای فرآیندهای فردی که در ارگانیسم ها اتفاق می افتد، از اصطلاحات زیر استفاده می شود:

جذب، سنتز پلیمرها از مونومرها است.

دیسیمیلاسیون تجزیه پلیمرها به مونومر است.

آنابولیسم سنتز مونومرهای پیچیده تر از مونومرهای ساده تر است.

کاتابولیسم تجزیه مونومرهای پیچیده تر به مونومرهای ساده تر است.

موجودات زنده از نور و انرژی شیمیایی استفاده می کنند. اتوتروف ها از دی اکسید کربن به عنوان منبع کربن استفاده می کنند. هتروتروف ها از منابع کربن آلی استفاده می کنند. استثنا برخی از پروتیست ها، به عنوان مثال اوگلنا سبز، قادر به انواع تغذیه اتوتروف و هتروتروف هستند.

اتوتروف ها ترکیبات آلی را از طریق فتوسنتز یا کموسنتز سنتز می کنند. هتروتروف ها مواد آلی را با غذا بدست می آورند.

در اتوتروف ها، فرآیندهای متابولیسم پلاستیک (هضم سازی) غالب است - فتوسنتز یا کموسنتز، در هتروتروف ها - فرآیندهای متابولیسم انرژی (تجزیه) - هضم + پوسیدگی بیولوژیکی که در سلول ها رخ می دهد.

نمونه هایی از وظایف شماره 11

1. فتوسنتز و فرآیند اکسیداسیون گلوکز چه مشترکاتی دارند؟

الف) هر دو فرآیند در میتوکندری رخ می دهد.

ب) هر دو فرآیند در کلروپلاست ها اتفاق می افتد.

ج) در نتیجه این فرآیندها، اکسیژن تشکیل می شود.

د) در نتیجه این فرآیندها ATP تشکیل می شود.

2. کدام محصولات فتوسنتز در متابولیسم انرژی پستانداران نقش دارند؟

3. نقش کربوهیدرات ها در تشکیل اسیدهای آمینه و اسیدهای چرب چیست؟

چرخه زندگی یک سلول. کروموزوم ها

چرخه زندگی یک سلول دوره زندگی آن از تقسیم به تقسیم است.

سلول ها با دو برابر شدن محتویاتشان و سپس تقسیم به نصف تکثیر می شوند.

تقسیم سلولی زمینه ساز رشد، توسعه و بازسازی بافت های یک ارگانیسم چند سلولی است.

چرخه سلولی به کروموزومی و سیتوپلاسمی تقسیم می شود. کروموزومی با کپی برداری و توزیع دقیق مواد ژنتیکی همراه است. سیتوپلاسمی شامل رشد سلولی و متعاقب آن سیتوکینز - تقسیم سلولی پس از تکثیر سایر اجزای سلولی است.

مدت چرخه سلولی انواع متفاوت، در پارچه های مختلف و روی مراحل مختلفبه طور گسترده ای از یک ساعت (در جنین) تا یک سال (در سلول های کبد بالغ) متفاوت است.

مراحل چرخه سلولی

اینترفاز دوره بین دو بخش است. به پیش سنتتیک - 01، مصنوعی - در، پس سنتتیک 02 تقسیم می شود.

فاز 01 طولانی ترین دوره (از 10 ساعت تا چند روز) است. این شامل آماده سازی سلول ها برای دو برابر شدن کروموزوم است. همراه با سنتز پروتئین ها و RNA، تعداد ریبوزوم ها و میتوکندری ها افزایش می یابد. در این مرحله رشد سلولی اتفاق می افتد.

فاز b (6-10 ساعت). همراه با دو برابر شدن کروموزوم. برخی از پروتئین ها سنتز می شوند.

فاز C2 (3-6 ساعت). همراه با تراکم کروموزوم. پروتئین های میکروتوبولی که دوک را تشکیل می دهند، سنتز می شوند.

میتوز شکلی از تقسیم هسته سلولی است. در نتیجه میتوز، هر یک از هسته‌های دختر حاصل، همان مجموعه ژن‌هایی را دریافت می‌کنند که سلول والد داشت. هر دو هسته دیپلوئید و هاپلوئید می توانند وارد میتوز شوند. میتوز هسته هایی با همان پلوئیدی اولیه تولید می کند. مفهوم "میتوز" فقط برای یوکاریوت ها قابل استفاده است.

مراحل میتوز

■ پروفاز - همراه با تشکیل یک دوک تقسیم از میکروتوبول های اسکلت سیتوپلاسمی سلول و پروتئین های مرتبط. کروموزوم ها به وضوح قابل مشاهده هستند و از دو کروماتید تشکیل شده اند.

■ پرومتافاز - همراه با متلاشی شدن غشای هسته ای. برخی از میکروتوبول های دوکی به کینتوکورها (کمپلکس های پروتئین-سانترومر) متصل هستند.

■ متافاز - همه کروموزوم ها در امتداد خط استوای سلول قرار می گیرند و یک صفحه متافاز را تشکیل می دهند.

■ آنافاز - کروماتیدها با همان سرعت به سمت قطب های سلول حرکت می کنند. میکروتوبول ها کوتاه می شوند.

■ تلوفاز - کروماتیدهای دختر به قطب های سلولی نزدیک می شوند. میکروتوبول ها ناپدید می شوند. یک پوشش هسته ای در اطراف کروماتیدهای متراکم تشکیل می شود.

■ سیتوکینز فرآیند جداسازی سیتوپلاسم است. غشای سلولی در قسمت مرکزی سلول به سمت داخل کشیده می شود. یک شیار شکافی تشکیل می شود و با عمیق شدن آن، سلول دوشاخه می شود.

■ در نتیجه میتوز، دو هسته جدید با مجموعه کروموزوم های یکسان تشکیل می شود که دقیقاً اطلاعات ژنتیکی هسته مادر را کپی می کند.

■ در سلول های تومور، سیر میتوز مختل می شود.

نمونه هایی از وظایف شماره 12

1. ویژگی های هر مرحله از میتوز را شرح دهید.

2. کروماتیدها، سانترومرها و دوک ها چیست؟

3. سلول های سوماتیک چه تفاوتی با سلول های زاینده دارند؟

4. معنای بیولوژیکی میتوز چیست؟

5. طولانی ترین در چرخه سلولی:

الف) اینترفاز؛ ب) پروفاز؛ ج) متافاز؛ د) تلوفاز.

6. یک جفت کروموزوم همولوگ در متافاز میتوز چند کروماتید دارد؟

الف) چهار؛ ب) دو؛ ج) هشت د) یک.

7. میتوز فراهم نمی کند

الف) تشکیل سلول های پوست انسان؛ ب) حفظ تعداد ثابت کروموزوم برای گونه؛ ج) تنوع ژنتیکی گونه ها. د) تولید مثل غیرجنسی.

میوز فرآیند تقسیم هسته های سلولی است که منجر به کاهش تعداد کروموزوم ها به نصف می شود. میوز از دو بخش متوالی (کاهش و معادله) تشکیل شده است که قبل از آن یک تکثیر DNA وجود دارد. اینترفاز میوز مشابه فاز میانی میتوز است.

تقسیم بندی کاهش

ابتدا کروموزوم های تکثیر شده متراکم می شوند.

سپس پیوند کروموزوم های همولوگ آغاز می شود. دو ظرفیتی یا تتراد تشکیل می شود که از 4 کروماتید خواهر تشکیل شده است.

در مرحله بعد، تلاقی بین کروموزوم های همولوگ اتفاق می افتد. کروموزوم‌های مزدوج از هم جدا می‌شوند، کروموزوم‌های دو ظرفیتی از یکدیگر دور می‌شوند، اما همچنان توسط مکان‌هایی که عبور از آن‌ها اتفاق افتاده به هم متصل می‌شوند.

پوشش هسته و هسته ناپدید می شوند.

در پایان اولین تقسیم، سلول هایی با مجموعه ای از کروموزوم هاپلوئید و دو برابر مقدار DNA تشکیل می شوند. پاکت هسته ای تشکیل می شود. دوک از بین رفته است. هر سلول شامل 2 کروماتید خواهر است که توسط یک سانترومر به هم متصل شده اند.

تقسیم معادله

اهمیت بیولوژیکی میوز در تشکیل سلول‌هایی است که در تولید مثل جنسی و حفظ ثبات ژنتیکی گونه‌ها نقش دارند. میوز به عنوان پایه ای برای تنوع ترکیبی موجودات عمل می کند. اختلالات میوز در انسان می تواند منجر به آسیب شناسی هایی مانند بیماری داون، حماقت و غیره شود.

نمونه هایی از وظایف شماره 13

1. ویژگی های هر مرحله از میوز را شرح دهید.

2. مزدوج، متقاطع، دو ظرفیتی چیست؟

3. معنای بیولوژیکی میوز چیست؟

4. می تواند به صورت غیرجنسی تولید مثل کند

الف) دوزیستان؛ ب) coeleterates; ج) حشرات؛ د) سخت پوستان.

5. اولین تقسیم میوز با تشکیل به پایان می رسد

الف) گامت ها؛ ب) سلول هایی با مجموعه ای از کروموزوم هاپلوئید. ج) سلول های دیپلوئید؛ د) سلول های پلوئیدی مختلف.

6. در نتیجه میوز، موارد زیر تشکیل می شود: الف) هاگ سرخس. ب) سلول های دیواره آنتریدیوم سرخس. ج) سلول های دیواره آرکگونیوم سرخس. د) سلول های سوماتیک پهپادهای زنبور عسل.

ساختار و عملکرد کروموزوم ها

کروموزوم ها ساختارهای سلولی هستند که ذخیره و انتقال می دهند اطلاعات ارثی. یک کروموزوم از DNA و پروتئین تشکیل شده است. مجموعه ای از پروتئین های متصل به DNA کروماتین را تشکیل می دهد. پروتئین ها نقش مهمی در بسته بندی مولکول های DNA در هسته دارند.

DNA در کروموزوم ها به گونه ای بسته بندی شده است که در هسته قرار می گیرد که قطر آن معمولاً از 5 میکرون (5×10 ~ 4 سانتی متر) تجاوز نمی کند.

کروموزوم یک ساختار میله ای شکل است و از دو کروماتید خواهر تشکیل شده است که توسط سانترومر در ناحیه انقباض اولیه نگه داشته می شوند. کروماتین تکثیر نمی شود. فقط DNA تکثیر می شود. هنگامی که همانندسازی DNA شروع می شود، سنتز RNA متوقف می شود.

به مجموعه دیپلوئید کروموزوم های موجودات، کاریوتایپ می گویند. روش های مدرنمطالعات امکان شناسایی هر کروموزوم در کاریوتایپ را فراهم می کند. برای انجام این کار، توزیع نوارهای روشن و تیره قابل مشاهده در زیر میکروسکوپ (جفت های متناوب AT و GC) در کروموزوم های تیمار شده با رنگ های خاص را در نظر بگیرید. کروموزوم های نمایندگان گونه های مختلف دارای خطوط عرضی هستند. گونه های مرتبط، مانند انسان و شامپانزه، الگوهای بسیار مشابهی از نوارهای متناوب در کروموزوم های خود دارند.

هر نوع ارگانیسم دارای تعداد، شکل و ترکیب کروموزوم های ثابتی است. در کاریوتیپ انسان 46 کروموزوم وجود دارد - 44 اتوزوم و 2 کروموزوم جنسی. نرها هتروگامتیک (XY) و ماده ها همگام (XX) هستند. کروموزوم Y با کروموزوم X در غیاب برخی آلل ها (مثلاً آلل انعقاد خون) متفاوت است. کروموزوم های یک جفت همولوگ نامیده می شوند. کروموزوم های همولوگ در جایگاه های یکسان حامل ژن های آللی هستند.

نمونه هایی از وظایف شماره 14

1. چه اتفاقی برای کروموزوم ها در مرحله میانی میتوز می افتد؟

2- کدام کروموزوم ها همولوگ نامیده می شوند؟

3. کروماتین چیست؟

4. آیا همه کروموزوم ها همیشه در یک سلول وجود دارند؟

5. با دانستن تعداد و شکل کروموزوم‌های موجود در سلول‌های موجود در آن، چه چیزی می‌توان آموخت؟

2.2. نشانه های موجودات. وراثت و تنوع از خواص موجودات است. موجودات تک سلولی و چند سلولی. بافت ها، اندام ها، سیستم های اندام گیاهان و حیوانات، شناسایی تنوع موجودات. تکنیک های رشد، تکثیر و مراقبت از گیاهان و حیوانات اهلی

بیوسنتز پروتئین.

متابولیسم پلاستیک (همگون سازی یا آنابولیسم) مجموعه ای از واکنش های سنتز بیولوژیکی است. نام این نوع مبادله نشان دهنده ماهیت آن است: از موادی که از خارج وارد سلول می شوند، موادی شبیه به مواد سلول تشکیل می شوند.

بیایید یکی از مهمترین اشکال متابولیسم پلاستیک - بیوسنتز پروتئین را در نظر بگیریم. بیوسنتز پروتئیندر تمام سلول های پرو و ​​یوکاریوتی انجام می شود. اطلاعات مربوط به ساختار اولیه (ترتیب اسیدهای آمینه) یک مولکول پروتئین توسط دنباله ای از نوکلئوتیدها در بخش مربوطه مولکول DNA - ژن رمزگذاری می شود.

ژن بخشی از یک مولکول DNA است که ترتیب اسیدهای آمینه را در یک مولکول پروتئین تعیین می کند. در نتیجه، ترتیب اسیدهای آمینه در پلی پپتید به ترتیب نوکلئوتیدها در ژن بستگی دارد، یعنی. ساختار اولیه آن، که تمام ساختارها، خواص و عملکردهای مولکول پروتئین به نوبه خود به آن بستگی دارد.

سیستم ثبت اطلاعات ژنتیکی در DNA (و RNA) به شکل توالی خاصی از نوکلئوتیدها را کد ژنتیکی می نامند. آن ها یک واحد کد ژنتیکی (کدون) سه گانه نوکلئوتید در DNA یا RNA است که یک اسید آمینه را کد می کند.

در مجموع، کد ژنتیکی شامل 64 کدون است که از این تعداد 61 کد کد و 3 کد غیر کد کننده هستند (کدون های پایان دهنده نشان دهنده پایان فرآیند ترجمه).

کدون های پایان دهنده در i - RNA: UAA، UAG، UGA، در DNA: ATT، ATC، ACC.

شروع فرآیند ترجمه توسط کدون آغازگر (AUG، در DNA - TAC) تعیین می شود که اسید آمینه متیونین را کد می کند. این کدون اولین کدونی است که وارد ریبوزوم می شود. پس از آن، متیونین، اگر به عنوان اولین اسید آمینه یک پروتئین ارائه نشود، جدا می شود.

کد ژنتیکی دارای خواص مشخصه است.

1. جهانی بودن - کد برای همه موجودات یکسان است. همان سه گانه (کدون) در هر ارگانیسمی همان اسید آمینه را رمزگذاری می کند.

2. ویژگی - هر کدون فقط یک اسید آمینه را کد می کند.

3. انحطاط - اکثر اسیدهای آمینه می توانند توسط چندین کدون رمزگذاری شوند. استثنا 2 اسید آمینه - متیونین و تریپتوفان است که فقط یک نوع کدون دارند.

4. بین ژن ها "علامت های نقطه گذاری" وجود دارد - سه سه قلو خاص (UAA، UAG، UGA)، که هر کدام نشان دهنده توقف سنتز زنجیره پلی پپتیدی است.

5. هیچ "علامت نگارشی" در داخل ژن وجود ندارد.

برای اینکه یک پروتئین سنتز شود، اطلاعات مربوط به توالی نوکلئوتیدی در ساختار اولیه آن باید به ریبوزوم ها تحویل داده شود. این فرآیند شامل دو مرحله است - رونویسی و ترجمه.

رونویسی(بازنویسی) اطلاعات با سنتز روی یکی از زنجیره های مولکول DNA یک مولکول RNA تک رشته ای رخ می دهد که توالی نوکلئوتیدی آن دقیقاً با توالی نوکلئوتیدی ماتریکس مطابقت دارد - زنجیره پلی نوکلئوتیدی DNA.

آن (و - RNA) واسطه ای است که اطلاعات را از DNA به محل تجمع مولکول های پروتئین در ریبوزوم منتقل می کند. سنتز i-RNA (رونویسی) به شرح زیر انجام می شود. یک آنزیم (RNA پلیمراز) رشته دوتایی DNA را می شکافد و نوکلئوتیدهای RNA بر اساس اصل مکمل بودن روی یکی از زنجیره های آن (کدکننده) ردیف می شوند. مولکول RNA سنتز شده به این روش (سنتز الگو) وارد سیتوپلاسم می شود و زیر واحدهای کوچک ریبوزومی در یک انتها رشته می شوند.

مرحله دوم در بیوسنتز پروتئین است پخش- ترجمه توالی نوکلئوتیدها در یک مولکول و - RNA به دنباله اسیدهای آمینه در یک پلی پپتید است. در پروکاریوت‌هایی که هسته رسمی ندارند، ریبوزوم‌ها می‌توانند بلافاصله پس از جدا شدن از DNA یا حتی قبل از اینکه سنتز کامل شود، به یک مولکول تازه سنتز شده و RNA متصل شوند. در یوکاریوت ها، RNA باید ابتدا از طریق پوشش هسته ای به سیتوپلاسم منتقل شود. انتقال توسط پروتئین های خاصی انجام می شود که با مولکول RNA یک کمپلکس تشکیل می دهند. علاوه بر عملکردهای انتقال، این پروتئین ها از RNA و از اثرات مخرب آنزیم های سیتوپلاسمی محافظت می کنند.

در سیتوپلاسم، یک ریبوزوم وارد یکی از انتهای RNA (یعنی انتهایی که سنتز مولکول در هسته از آن شروع می شود) می شود و سنتز پلی پپتید آغاز می شود. همانطور که ریبوزوم به سمت پایین مولکول RNA حرکت می کند، سه گانه پس از سه گانه ترجمه می کند و به طور متوالی اسیدهای آمینه را به انتهای در حال رشد زنجیره پلی پپتیدی اضافه می کند. تطابق دقیق اسید آمینه با کد سه گانه و - RNA توسط t - RNA تضمین می شود.

RNA های انتقالی (tRNA ها) آمینو اسیدها را به زیر واحد بزرگ ریبوزوم می آورند. مولکول tRNA دارای یک پیکربندی پیچیده است. در برخی از قسمت های آن، پیوندهای هیدروژنی بین نوکلئوتیدهای مکمل تشکیل می شود و مولکول به شکل برگ شبدر است. در بالای آن یک سه دسته از نوکلئوتیدهای آزاد (آنتیکودون) وجود دارد که مربوط به یک اسید آمینه خاص است و پایه به عنوان محل اتصال این اسید آمینه عمل می کند (شکل 1).

برنج. 1. طرح ساختار RNA انتقالی: 1 - پیوندهای هیدروژنی. 2 - آنتی کدون; 3- محل اتصال اسید آمینه.

هر tRNA فقط می تواند اسید آمینه خود را حمل کند. T-RNA توسط آنزیم های خاصی فعال می شود، اسید آمینه خود را متصل می کند و آن را به ریبوزوم منتقل می کند. در هر لحظه فقط دو کدون mRNA درون ریبوزوم وجود دارد. اگر آنتی کدون t-RNA مکمل کدون i-RNA باشد، آنگاه t-RNA با یک اسید آمینه به طور موقت به i-RNA متصل می شود. یک tRNA دوم به کدون دوم اضافه می شود که اسید آمینه خود را حمل می کند. آمینو اسیدها در کنار هم در زیر واحد بزرگ ریبوزوم قرار دارند و با کمک آنزیم ها پیوند پپتیدی بین آنها برقرار می شود. در همان زمان، پیوند بین اولین اسید آمینه و t-RNA آن از بین می رود و t-RNA پس از اسید آمینه بعدی، ریبوزوم را ترک می کند. ریبوزوم یک سه قلو را حرکت می دهد و این روند تکرار می شود. به این ترتیب، یک مولکول پلی پپتیدی به تدریج ساخته می شود، که در آن اسیدهای آمینه مطابق با ترتیب سه قلوهایی که آنها را کد می کنند (سنتز ماتریس) مرتب شده اند (شکل 2).

برنج. 2. طرح بی سنتز پروتئین: 1 - mRNA; 2 - زیر واحدهای ریبوزومی; 3 - t-RNA با اسیدهای آمینه. 4 - t-RNA بدون اسیدهای آمینه. 5 - پلی پپتید; 6 - کدون mRNA؛ 7 آنتی کدون t-RNA.

یک ریبوزوم قادر به سنتز یک زنجیره پلی پپتیدی کامل است. با این حال، اغلب چندین ریبوزوم در امتداد یک مولکول mRNA حرکت می کنند. به چنین کمپلکس هایی پلی ریبوزوم می گویند. پس از اتمام سنتز، زنجیره پلی پپتیدی از ماتریکس جدا می شود - مولکول mRNA، به صورت مارپیچی تا می شود و ساختار مشخصه خود را به دست می آورد (ثانویه، سوم یا چهارم). ریبوزوم ها بسیار کارآمد عمل می کنند: در عرض 1 ثانیه، ریبوزوم باکتری یک زنجیره پلی پپتیدی متشکل از 20 اسید آمینه را تشکیل می دهد.