प्रोटीन जैवसंश्लेषण करता है। प्रोटीन जैवसंश्लेषण का मुख्य स्थल

प्रोटीन की संरचना के बारे में अनुवांशिक जानकारी डीएनए ट्रिपलेट्स के अनुक्रम के रूप में संग्रहीत की जाती है। इस मामले में, केवल एक डीएनए श्रृंखला प्रतिलेखन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करती है।

कोशिकाओं में प्रोटीन जैवसंश्लेषण मैट्रिक्स-प्रकार की प्रतिक्रियाओं का एक क्रम है, जिसके दौरान वंशानुगत जानकारी को एक प्रकार के अणु से दूसरे में स्थानांतरित करने से आनुवंशिक रूप से निर्धारित संरचना के साथ पॉलीपेप्टाइड्स का निर्माण होता है।

प्रोटीन जैवसंश्लेषण आनुवंशिक जानकारी की प्राप्ति या अभिव्यक्ति का प्रारंभिक चरण है। प्रोटीन जैवसंश्लेषण सुनिश्चित करने वाली मुख्य मैट्रिक्स प्रक्रियाएं डीएनए ट्रांसक्रिप्शन और एमआरएनए अनुवाद हैं। प्रतिलिपिडीएनए में डीएनए से एमआरएनए (मैसेंजर या मैसेंजर आरएनए) की जानकारी को फिर से लिखना होता है। प्रसारणएमआरएनए एमआरएनए से पॉलीपेप्टाइड में सूचना का स्थानांतरण है।

एमआरएनए की प्रतिलिपि डीएनए के एक क्षेत्र में आरएनए पोलीमरेज़ के लगाव के साथ शुरू होती है जिसे प्रमोटर कहा जाता है। हालांकि, वैकल्पिक स्प्लिसिंग की संभावना के बारे में जानकारी को देखते हुए, ऐसे मामले हो सकते हैं जब जीन, यहां तक ​​​​कि आस-पास स्थित भी, विभिन्न श्रृंखलाओं से स्थानांतरित हो जाएंगे। इस प्रकार, डीएनए के दोनों स्ट्रैंड का उपयोग प्रतिलेखन के लिए किया जा सकता है। पूरक डीएनए स्ट्रैंड के ट्रांसक्रिप्शन के दौरान, विभिन्न आरएनए पोलीमरेज़ का उपयोग किया जाता है, और श्रृंखला के साथ उनके आंदोलन की दिशा प्रमोटर के अनुक्रम द्वारा निर्धारित की जाती है।

चूंकि डीएनए श्रृंखलाएं एक दूसरे के सापेक्ष उलटी होती हैं, और डीएनए संश्लेषण की तरह एमआरएनए संश्लेषण, केवल 5ꞌ से 3ꞌ छोर तक की दिशा में जाता है, डीएनए पर ट्रांसक्रिप्शन भी विपरीत दिशाओं में जाते हैं।

डीएनए का एक किनारा जिसमें mRNA के समान अनुक्रम होते हैं, कहलाते हैं कोडन, और श्रृंखला जो mRNA का संश्लेषण प्रदान करती है (पूरक युग्मन के आधार पर) - एंटीकोडिंग. एंटीकोडिंग स्ट्रैंड को भी कहा जाता है लिखित।

एमआरएनए के अलावा, डीएनए ट्रांसक्रिप्शन के अन्य उत्पाद कोशिका में बनते हैं। इनमें आरआरएनए और टीआरएनए अणु शामिल हैं, जो पॉलीपेप्टाइड्स के संश्लेषण में भी भागीदार हैं। इन सभी आरएनए को परमाणु कहा जाता है।

यदि हम कोशिका में इन तीन प्रकार के आरएनए के प्रतिशत पर विचार करें, तो परिपक्व एमआरएनए का हिस्सा कुल आरएनए सामग्री का लगभग 5% है, टीआरएनए का हिस्सा लगभग 10% है, और अधिकांश 85% तक आरआरएनए है। .

आरएनए पोलीमरेज़ की भागीदारी के साथ पाइरोफॉस्फेट की रिहाई के साथ राइबोन्यूक्लियोटाइड ट्राइफॉस्फेट से डीएनए से सभी आरएनए को स्थानांतरित किया जाता है। प्रोकैरियोट्स में केवल एक प्रकार का आरएनए पोलीमरेज़ होता है, जो एमआरएनए, आरआरएनए और टीआरएनए का संश्लेषण प्रदान करता है।

यूकेरियोटिक कोशिकाओं में तीन प्रकार के आरएनए पोलीमरेज़ (I, II, III) होते हैं। इनमें से प्रत्येक आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए पर एक प्रमोटर से जुड़ जाता है और एक अलग डीएनए अनुक्रम के लिए प्रतिलेखन प्रदान करता है। आरएनए पोलीमरेज़ I बड़े rRNAs (राइबोसोम के बड़े और छोटे सबयूनिट्स के मूल RNA अणु) को संश्लेषित करता है। आरएनए पोलीमरेज़ II सभी एमआरएनए और छोटे आरआरएनए के हिस्से को संश्लेषित करता है, आरएनए पोलीमरेज़ III राइबोसोम के टीआरएनए और आरएनए 5 एस सबयूनिट्स को संश्लेषित करता है।

प्रमोटर के लिए आरएनए पोलीमरेज़ के बंधन के लिए, विशेष प्रोटीन की आवश्यकता होती है जो प्रतिलेखन दीक्षा कारक (संबंधित पोलीमरेज़ के लिए TF I, TF II, TF III) के रूप में कार्य करते हैं।

इन स्थितियों को देखते हुए, प्रोटीन जैवसंश्लेषण के मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

प्रथम चरण। डीएनए प्रतिलेखन. लिखित डीएनए स्ट्रैंड पर, डीएनए पर निर्भर आरएनए पोलीमरेज़ का उपयोग करके एक पूरक एमआरएनए स्ट्रैंड पूरा किया जाता है। एमआरएनए अणु गैर-प्रतिलेखित डीएनए श्रृंखला की एक सटीक प्रति है, इस अंतर के साथ कि डीऑक्सीराइबोन्यूक्लियोटाइड्स के बजाय इसमें राइबोन्यूक्लियोटाइड्स होते हैं, जिसमें थाइमिन के बजाय यूरैसिल शामिल होता है।

चरण 2। एमआरएनए प्रसंस्करण (परिपक्वता). संश्लेषित एमआरएनए अणु (प्राथमिक प्रतिलेख) अतिरिक्त परिवर्तनों से गुजरता है। ज्यादातर मामलों में, मूल mRNA अणु को अलग-अलग टुकड़ों में काट दिया जाता है। कुछ टुकड़े - इंट्रोन्स - न्यूक्लियोटाइड से जुड़े होते हैं, जबकि अन्य - एक्सॉन - परिपक्व एमआरएनए में जुड़े होते हैं। एमआरएनए प्रसंस्करण के सभी चरण आरएनपी कणों (राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स) में होते हैं।

जैसे ही प्रो-एमआरएनए को संश्लेषित किया जाता है, यह तुरंत परमाणु प्रोटीन के साथ परिसरों का निर्माण करता है - सूचना देने वाले और परमाणु और साइटोप्लाज्मिक कॉम्प्लेक्स (एमआरएनए प्लस इंफॉर्मोफर) - इनफॉर्मोसोम बनाते हैं। इस प्रकार, mRNA प्रोटीन से मुक्त नहीं है। अनुवाद के पूरा होने तक mRNA अपनी पूरी यात्रा के दौरान न्यूक्लियस से सुरक्षित रहता है। इसके अलावा, प्रोटीन इसे आवश्यक संरचना प्रदान करते हैं।

चरण 3. एमआरएनए अनुवाद. प्रतिलेखन के दौरान प्राप्त एमआरएनए अणु राइबोसोम पर पॉलीपेप्टाइड संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। एमआरएनए ट्रिपल जो एक विशेष अमीनो एसिड के लिए कोड कहलाता है कोडोन. अनुवाद tRNA अणुओं द्वारा किया जाता है। प्रत्येक tRNA अणु में होता है anticodon- एक मान्यता ट्रिपलेट जिसमें न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम एक विशिष्ट एमआरएनए कोडन का पूरक होता है। प्रत्येक टीआरएनए अणु कड़ाई से परिभाषित अमीनो एसिड ले जाने में सक्षम है।

सामान्य संरचना में tRNA अणु एक डंठल पर तिपतिया घास के पत्ते जैसा दिखता है। "पत्ती के शीर्ष" में एंटिकोडन होता है। विभिन्न एंटिकोडों के साथ 61 प्रकार के tRNA होते हैं। एक एमिनो एसिड "लीफ पेटिओल" से जुड़ा होता है (राइबोसोम पर पॉलीपेप्टाइड के संश्लेषण में 20 एमिनो एसिड शामिल होते हैं)। एक निश्चित एंटिकोडन के साथ प्रत्येक tRNA अणु एक कड़ाई से परिभाषित अमीनो एसिड से मेल खाता है। इसी समय, एक निश्चित अमीनो एसिड आमतौर पर विभिन्न एंटिकोडन के साथ कई प्रकार के tRNA से मेल खाता है। अमीनो एसिड सहसंयोजी रूप से एंजाइमों की मदद से tRNA से जुड़ जाता है - एमिनोएसिल-टीआरएनए सिंथेटेस। इस प्रतिक्रिया को टीआरएनए एमिनोएसिलेशन कहा जाता है। एमिनो एसिड के साथ टीआरएनए के संयोजन को एमिनोएसिल-टीआरएनए कहा जाता है।

अनुवाद (सभी मैट्रिक्स प्रक्रियाओं की तरह) में तीन चरण शामिल हैं: दीक्षा (शुरुआत), बढ़ाव (निरंतरता) और समाप्ति (अंत)।

दीक्षा।दीक्षा का सार पॉलीपेप्टाइड के पहले दो अमीनो एसिड के बीच एक पेप्टाइड बंधन का निर्माण है।

प्रारंभ में, एक दीक्षा परिसर का गठन किया जाता है, जिसमें शामिल हैं: राइबोसोम का एक छोटा सबयूनिट, विशिष्ट प्रोटीन (दीक्षा कारक) और अमीनो एसिड मेथियोनीन के साथ एक विशेष सर्जक मेथियोनीन tRNA - Met-tRNAMet। दीक्षा परिसर एमआरएनए की शुरुआत को पहचानता है, इससे जुड़ता है और प्रोटीन जैवसंश्लेषण के दीक्षा (शुरुआत) के बिंदु पर स्लाइड करता है: ज्यादातर मामलों में यह प्रारंभ कोडन है अगस्त. एमआरएनए के प्रारंभ कोडन और मेथियोनीन टीआरएनए के एंटिकोडन के बीच, हाइड्रोजन बांड के गठन के साथ कोडन-निर्भर बंधन होता है। फिर राइबोसोम का बड़ा सबयूनिट जुड़ा होता है।

जब सबयूनिट्स गठबंधन करते हैं, तो एक पूर्ण राइबोसोम बनता है, जो दो सक्रिय केंद्रों (साइटों) को वहन करता है: ए-साइट (एमिनोएसिल, जो एमिनोएसिल-टीआरएनए को जोड़ने का काम करता है) और पी-साइट (पेप्टिडाइल ट्रांसफरेज, जो बीच में एक पेप्टाइड बॉन्ड बनाने का काम करता है) अमीनो अम्ल)। प्रारंभ में, Met-tRNAMet A-साइट में स्थित होता है, लेकिन फिर P-साइट पर चला जाता है। खाली की गई साइट को एंटिकोडन के साथ एमिनोएसिल-टीआरएनए प्राप्त होता है जो एयूजी कोडन के बाद एमआरएनए कोडन का पूरक होता है। उदाहरण के लिए, यह एंटिकोडन CCG के साथ Gly-tRNAGly है, जो GHC कोडन का पूरक है। कोडन-निर्भर बंधन के परिणामस्वरूप, एमआरएनए कोडन और एमिनोएसिल-टीआरएनए एंटिकोडन के बीच हाइड्रोजन बांड बनते हैं। इस प्रकार, दो अमीनो एसिड राइबोसोम से सटे होते हैं, जिनके बीच एक पेप्टाइड बंधन बनता है। पहले अमीनो एसिड (मेथियोनीन) और उसके tRNA के बीच सहसंयोजक बंधन टूट जाता है।

पहले दो अमीनो एसिड के बीच एक पेप्टाइड बंधन बनने के बाद, राइबोसोम एक ट्रिपल द्वारा स्थानांतरित हो जाता है। परिणामस्वरूप, आरंभ करने वाले मेथियोनीन tRNAMet का स्थानान्तरण (आंदोलन) राइबोसोम के बाहर होता है। प्रारंभ कोडन और सर्जक tRNA के एंटिकोडन के बीच हाइड्रोजन बंधन टूट गया है। नतीजतन, मुक्त tRNAMet को हटा दिया जाता है और अपने अमीनो एसिड की तलाश में चला जाता है।

उसी समय, दूसरा टीआरएनए, अमीनो एसिड (ग्लाइ-टीआरएनएजीली) के साथ, स्थानान्तरण के परिणामस्वरूप, पी-साइट में समाप्त होता है, और ए-साइट जारी किया जाता है।

बढ़ाव।बढ़ाव का सार बाद के अमीनो एसिड का जोड़ है, अर्थात पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला का विस्तार। बढ़ाव के दौरान राइबोसोम के कार्य चक्र में तीन चरण होते हैं: ए साइट पर एमआरएनए और एमिनोएसिल-टीआरएनए का कोडन-निर्भर बंधन, अमीनो एसिड और बढ़ती पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के बीच एक पेप्टाइड बंधन का निर्माण, और रिलीज के साथ अनुवाद एक जगह।

खाली ए-साइट अगले एमआरएनए कोडन के अनुरूप एक एंटिकोडन के साथ एमिनोएसिल-टीआरएनए प्राप्त करती है (उदाहरण के लिए, यह एयूए एंटिकोडन के साथ टीर-टीआरएनकेटीर है, जो यूएयू कोडन का पूरक है)।

राइबोसोम पर दो अमीनो एसिड एक दूसरे के बगल में होते हैं, जिसके बीच एक पेप्टाइड बॉन्ड बनता है। पिछले अमीनो एसिड और उसके tRNA (हमारे उदाहरण में, ग्लाइसिन और tRNAGly के बीच) के बीच की कड़ी टूट गई है।

फिर राइबोसोम एक और त्रिक चला जाता है, और स्थानान्तरण के परिणामस्वरूप, टीआरएनए जो पी-साइट में था (हमारे उदाहरण में, टीआरएनएग्लि) राइबोसोम के बाहर है और एमआरएनए से अलग हो जाता है। ए साइट जारी की जाती है, और राइबोसोम चक्र फिर से शुरू हो जाता है।

समाप्ति।इसमें पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के संश्लेषण को पूरा करना शामिल है।
आखिरकार, राइबोसोम एक एमआरएनए कोडन तक पहुंच जाता है जो कि कोई टीआरएनए (और कोई एमिनो एसिड नहीं) मेल खाता है। ऐसे तीन हैं ऑनसेंस कोडन: यूएए ("गेरू"), यूएजी ("एम्बर"), यूजीए ("ओपल")।इन एमआरएनए कोडन में, राइबोसोम का कार्य चक्र बाधित होता है, और पॉलीपेप्टाइड की वृद्धि रुक ​​जाती है। राइबोसोम, कुछ प्रोटीनों के प्रभाव में, फिर से उपइकाइयों में विभाजित हो जाता है।

प्रोटीन जैवसंश्लेषण की ऊर्जा।प्रोटीन जैवसंश्लेषण एक बहुत ही ऊर्जा गहन प्रक्रिया है। टीआरएनए के अमीनोसाइलेशन के दौरान, एटीपी अणु के एक बंधन की ऊर्जा खर्च की जाती है, अमीनोसिल-टीआरएनए के कोडन-निर्भर बंधन के साथ, जीटीपी अणु के एक बंधन की ऊर्जा का उपभोग किया जाता है, जब राइबोसोम एक ट्रिपल को स्थानांतरित करता है, एक की ऊर्जा दूसरे GTP अणु के बंधन का उपभोग किया जाता है। नतीजतन, एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अमीनो एसिड को जोड़ने पर लगभग 90 kJ / mol खर्च होता है। पेप्टाइड बॉन्ड का हाइड्रोलिसिस केवल 2 kJ/mol जारी करता है। इस प्रकार, जैवसंश्लेषण के दौरान, अधिकांश ऊर्जा अपरिवर्तनीय रूप से नष्ट हो जाती है (गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है)।

शरीर के सबसे महत्वपूर्ण कार्य - चयापचय, वृद्धि, विकास, आनुवंशिकता का संचरण, गति, आदि - प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड और अन्य जैविक रूप से सक्रिय पदार्थों से जुड़ी कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप किए जाते हैं। इसी समय, विभिन्न यौगिकों को कोशिकाओं में लगातार संश्लेषित किया जाता है: प्रोटीन, एंजाइम प्रोटीन, हार्मोन का निर्माण। विनिमय के दौरान, ये पदार्थ खराब हो जाते हैं और नष्ट हो जाते हैं, और उनके स्थान पर नए बनते हैं। चूंकि प्रोटीन जीवन का भौतिक आधार बनाते हैं और सभी चयापचय प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं, सेल और पूरे जीव की महत्वपूर्ण गतिविधि विशिष्ट प्रोटीन को संश्लेषित करने के लिए कोशिकाओं की क्षमता से निर्धारित होती है। उनकी प्राथमिक संरचना डीएनए अणु में आनुवंशिक कोड द्वारा पूर्व निर्धारित होती है।

प्रोटीन अणुओं में दसियों और सैकड़ों अमीनो एसिड होते हैं (अधिक सटीक रूप से, अमीनो एसिड अवशेषों के)। उदाहरण के लिए, उनमें से लगभग 600 एक हीमोग्लोबिन अणु में होते हैं, और उन्हें चार पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं में वितरित किया जाता है; राइबोन्यूक्लिअस अणु में ऐसे 124 अमीनो एसिड आदि होते हैं।

प्रोटीन की प्राथमिक संरचना को निर्धारित करने में अणु मुख्य भूमिका निभाते हैं डीएनए।इसके विभिन्न खंड विभिन्न प्रोटीनों के संश्लेषण को कूटबद्ध करते हैं, इसलिए, एक डीएनए अणु कई अलग-अलग प्रोटीनों के संश्लेषण में शामिल होता है। प्रोटीन के गुण पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में अमीनो एसिड के अनुक्रम पर निर्भर करते हैं। बदले में, अमीनो एसिड का प्रत्यावर्तन डीएनए में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम द्वारा निर्धारित किया जाता है, और प्रत्येक अमीनो एसिड एक निश्चित ट्रिपल से मेल खाता है। यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि, उदाहरण के लिए, एएसी ट्रिपलेट वाला डीएनए क्षेत्र अमीनो एसिड ल्यूसीन से मेल खाता है, एसीसी ट्रिपल से ट्रिप्टोफैन, एसीए ट्रिपल से सिस्टीन, और इसी तरह। डीएनए अणु को त्रिक में विभाजित करके, कोई कल्पना कर सकता है कि प्रोटीन अणु में कौन से अमीनो एसिड और किस क्रम में स्थित होंगे। ट्रिपलेट्स का सेट जीन का भौतिक आधार बनाता है, और प्रत्येक जीन में एक विशिष्ट प्रोटीन की संरचना के बारे में जानकारी होती है (एक जीन आनुवंशिकता की मूल जैविक इकाई है; रासायनिक शब्दों में, एक जीन एक डीएनए खंड है जिसमें कई सौ आधार शामिल हैं जोड़े)।

जेनेटिक कोड -डीएनए और आरएनए अणुओं का ऐतिहासिक रूप से स्थापित संगठन, जिसमें उनमें न्यूक्लियोटाइड का क्रम प्रोटीन अणुओं में अमीनो एसिड के अनुक्रम के बारे में जानकारी रखता है। कोड गुण:ट्रिपलेट (कोडन), गैर-अतिव्यापी (कोडन एक दूसरे का अनुसरण करते हैं), विशिष्टता (एक कोडन पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में केवल एक अमीनो एसिड निर्धारित कर सकता है), सार्वभौमिकता (सभी जीवित जीवों में, एक ही कोडन एक ही अमीनो एसिड के समावेश को निर्धारित करता है) पॉलीपेप्टाइड), अतिरेक (अधिकांश अमीनो एसिड के लिए कई कोडन होते हैं)। ट्रिपल जो अमीनो एसिड के बारे में जानकारी नहीं रखते हैं, वे स्टॉप ट्रिपल हैं, जो संश्लेषण की शुरुआत का संकेत देते हैं आई-आरएनए।(वी.बी. ज़खारोव। जीव विज्ञान। संदर्भ सामग्री। एम।, 1997)

चूंकि डीएनए कोशिका के केंद्रक में स्थित होता है, और प्रोटीन संश्लेषण कोशिका द्रव्य में होता है, एक मध्यस्थ होता है जो डीएनए से राइबोसोम तक सूचना पहुंचाता है। आरएनए एक ऐसे मध्यस्थ के रूप में भी कार्य करता है, जिसके लिए न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम फिर से लिखा जाता है, ठीक उसी के अनुसार डीएनए पर - पूरकता के सिद्धांत के अनुसार। इस प्रक्रिया को नाम दिया गया है ट्रांसक्रिप्शनऔर मैट्रिक्स संश्लेषण प्रतिक्रिया के रूप में आगे बढ़ता है। यह केवल जीवित संरचनाओं के लिए विशेषता है और जीवित चीजों की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति - आत्म-प्रजनन के आधार पर है। प्रोटीन बायोसिंथेसिस डीएनए स्ट्रैंड पर एमआरएनए के टेम्पलेट संश्लेषण से पहले होता है। परिणामी एमआरएनए कोशिका के नाभिक से कोशिका द्रव्य में बाहर निकलता है, जहां राइबोसोम उस पर टिके होते हैं, और टीआरजेके की मदद से अमीनो एसिड यहां वितरित किए जाते हैं।

प्रोटीन संश्लेषण एक जटिल बहु-चरण प्रक्रिया है जिसमें डीएनए, एमआरएनए, टीआरएनए, राइबोसोम, एटीपी और विभिन्न एंजाइम शामिल होते हैं। सबसे पहले, साइटोप्लाज्म में अमीनो एसिड एंजाइमों द्वारा सक्रिय होते हैं और टीआरएनए (उस साइट पर जहां सीसीए न्यूक्लियोटाइड स्थित होता है) से जुड़ा होता है। अगला चरण उस क्रम में अमीनो एसिड का संयोजन है जिसमें डीएनए से न्यूक्लियोटाइड्स के प्रत्यावर्तन को mRNA में स्थानांतरित किया जाता है। इस चरण को कहा जाता है प्रसारण।एमआरएनए स्ट्रैंड पर एक राइबोसोम नहीं रखा गया है, लेकिन उनमें से एक समूह - इस तरह के एक कॉम्प्लेक्स को पॉलीसोम कहा जाता है (एन.ई. कोवालेव, एल.डी. शेवचुक, ओ.आई. शचुरेंको। चिकित्सा संस्थानों के प्रारंभिक विभागों के लिए जीवविज्ञान)।

योजना प्रोटीन जैवसंश्लेषण

प्रोटीन संश्लेषण में दो चरण होते हैं - प्रतिलेखन और अनुवाद।

I. प्रतिलेखन (पुनर्लेखन) - आरएनए अणुओं का जैवसंश्लेषण, मैट्रिक्स संश्लेषण के सिद्धांत के अनुसार डीएनए अणुओं पर गुणसूत्रों में किया जाता है। एंजाइमों की मदद से, सभी प्रकार के आरएनए (एमआरएनए, आरआरएनए, टीआरएनए) को डीएनए अणु (जीन) के संबंधित वर्गों में संश्लेषित किया जाता है। tRNA की 20 किस्मों को संश्लेषित किया जाता है, क्योंकि 20 अमीनो एसिड प्रोटीन जैवसंश्लेषण में भाग लेते हैं। फिर एमआरएनए और टीआरएनए साइटोप्लाज्म में बाहर निकलते हैं, आरआरएनए को राइबोसोम सबयूनिट्स में एकीकृत किया जाता है, जो साइटोप्लाज्म में भी बाहर निकलता है।

द्वितीय. अनुवाद (ट्रांसमिशन) - प्रोटीन की पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का संश्लेषण, राइबोसोम में किया जाता है। यह निम्नलिखित घटनाओं के साथ है:

1. राइबोसोम के कार्यात्मक केंद्र का निर्माण - FCR, जिसमें mRNA और राइबोसोम के दो सबयूनिट होते हैं। PCR में हमेशा mRNA के दो ट्रिपलेट (छह न्यूक्लियोटाइड) होते हैं, जो दो सक्रिय केंद्र बनाते हैं: A (एमिनो एसिड) - अमीनो एसिड रिकग्निशन सेंटर और P (पेप्टाइड) - अमीनो एसिड को पेप्टाइड श्रृंखला से जोड़ने का केंद्र।

2. टीआरएनए से जुड़े अमीनो एसिड का कोशिकाद्रव्य से पीसीआर तक परिवहन। सक्रिय केंद्र ए में, टीआरएनए एंटिकोडन को एमआरएनए कोडन के साथ पढ़ा जाता है; पूरकता के मामले में, एक बंधन होता है जो एक ट्रिपल द्वारा राइबोसोम के एमआरएनए के साथ आगे बढ़ने (कूदने) के संकेत के रूप में कार्य करता है। नतीजतन, जटिल "एमिनो एसिड के साथ आरआरएनए और टीआरएनए का कोडन" पी के सक्रिय केंद्र में चला जाता है, जहां एमिनो एसिड पेप्टाइड श्रृंखला (प्रोटीन अणु) से जुड़ा होता है। टीआरएनए फिर राइबोसोम छोड़ देता है।

3. पेप्टाइड श्रृंखला तब तक लंबी होती है जब तक अनुवाद समाप्त नहीं हो जाता है और राइबोसोम mRNA से कूद जाता है। कई राइबोसोम (पॉलीसोम) एक ही समय में एक mRNA पर फिट हो सकते हैं। पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के चैनल में डूबी हुई है और वहां यह एक माध्यमिक, तृतीयक या चतुर्धातुक संरचना प्राप्त करती है। 200-300 अमीनो एसिड से युक्त एक प्रोटीन अणु की असेंबली गति 1-2 मिनट है। प्रोटीन जैवसंश्लेषण सूत्र: डीएनए (प्रतिलेखन) -> आरएनए (अनुवाद) -> प्रोटीन।

एक चक्र पूरा करने के बाद, पॉलीसोम नए प्रोटीन अणुओं के संश्लेषण में भाग ले सकते हैं।

राइबोसोम से अलग किए गए प्रोटीन अणु में एक धागे का रूप होता है जो जैविक रूप से निष्क्रिय होता है। अणु द्वारा द्वितीयक, तृतीयक और चतुर्धातुक संरचना प्राप्त करने के बाद यह जैविक रूप से कार्यात्मक हो जाता है, अर्थात, एक निश्चित स्थानिक रूप से विशिष्ट विन्यास। प्रोटीन अणु की द्वितीयक और बाद की संरचनाएं अमीनो एसिड के प्रत्यावर्तन में अंतर्निहित जानकारी में पूर्व निर्धारित होती हैं, अर्थात प्रोटीन की प्राथमिक संरचना में। दूसरे शब्दों में, ग्लोब्यूल के निर्माण का कार्यक्रम, इसका अनूठा विन्यास, अणु की प्राथमिक संरचना द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो बदले में, संबंधित जीन के नियंत्रण में बनाया जाता है।

प्रोटीन संश्लेषण की दर कई कारकों द्वारा निर्धारित की जाती है: पर्यावरण का तापमान, हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता, संश्लेषण के अंतिम उत्पाद की मात्रा, मुक्त अमीनो एसिड की उपस्थिति, मैग्नीशियम आयन, राइबोसोम की स्थिति आदि।

विज्ञान के हर क्षेत्र की अपनी "नीली चिड़िया" है; साइबरनेटिशियन "सोच" मशीनों का सपना देखते हैं, भौतिक विज्ञानी - नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रियाओं के, रसायनज्ञ - "जीवित पदार्थ" के संश्लेषण के - प्रोटीन। प्रोटीन संश्लेषण लंबे समय से विज्ञान कथा उपन्यासों का विषय रहा है, जो रसायन विज्ञान की आने वाली शक्ति का प्रतीक है। यह उस विशाल भूमिका से समझाया गया है जो जीवित दुनिया में प्रोटीन निभाता है, और उन कठिनाइयों से जो अनिवार्य रूप से हर डेयरडेविल का सामना करते हैं जिन्होंने व्यक्तिगत अमीनो एसिड से एक जटिल प्रोटीन मोज़ेक को "फोल्ड" करने का साहस किया। और प्रोटीन भी नहीं, बल्कि केवल पेप्टाइड्स।

प्रोटीन और पेप्टाइड्स के बीच का अंतर न केवल शब्दावली है, हालांकि दोनों की आणविक श्रृंखलाएं अमीनो एसिड अवशेषों से बनी होती हैं। किसी स्तर पर, मात्रा गुणवत्ता में बदल जाती है: पेप्टाइड श्रृंखला - प्राथमिक संरचना - सर्पिल और गेंदों में कुंडल करने की क्षमता प्राप्त करती है, माध्यमिक और तृतीयक संरचनाओं का निर्माण करती है, जो पहले से ही जीवित पदार्थ की विशेषता है। और फिर पेप्टाइड प्रोटीन बन जाता है। यहां कोई स्पष्ट सीमा नहीं है - बहुलक श्रृंखला पर एक सीमांकन चिह्न नहीं लगाया जा सकता है: अब तक - पेप्टाइड, यहां से - प्रोटीन। लेकिन यह ज्ञात है, उदाहरण के लिए, एड्रानोकोर्टिकोट्रोपिक हार्मोन, जिसमें 39 अमीनो एसिड अवशेष होते हैं, एक पॉलीपेप्टाइड है, और हार्मोन इंसुलिन, जिसमें दो श्रृंखलाओं के रूप में 51 अवशेष शामिल हैं, पहले से ही एक प्रोटीन है। सबसे सरल, लेकिन फिर भी प्रोटीन।

पेप्टाइड्स में अमीनो एसिड के संयोजन की विधि की खोज पिछली शताब्दी की शुरुआत में जर्मन रसायनज्ञ एमिल फिशर ने की थी। लेकिन उसके बाद लंबे समय तक, रसायनज्ञ न केवल प्रोटीन या 39-सदस्यीय पेप्टाइड्स के संश्लेषण के बारे में गंभीरता से नहीं सोच सके, बल्कि बहुत छोटी श्रृंखलाएं भी।

प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया

दो अमीनो एसिड को एक साथ जोड़ने के लिए, कई कठिनाइयों को दूर करना होगा। प्रत्येक अमीनो एसिड, दो-मुंह वाले जानूस की तरह, दो रासायनिक चेहरे होते हैं: एक छोर पर एक कार्बोक्जिलिक एसिड समूह और दूसरे पर एक अमाइन मूल समूह। यदि OH समूह को एक एमिनो एसिड के कार्बोक्सिल से दूर ले जाया जाता है, और एक परमाणु दूसरे के एमाइन समूह से दूर ले जाता है, तो इस मामले में बनने वाले दो अमीनो एसिड अवशेषों को एक पेप्टाइड बॉन्ड द्वारा एक दूसरे से जोड़ा जा सकता है, और इसके परिणामस्वरूप, सबसे सरल पेप्टाइड, एक डाइपेप्टाइड, उत्पन्न होगा। और एक पानी का अणु अलग हो जाएगा। इस ऑपरेशन को दोहराकर कोई भी पेप्टाइड की लंबाई बढ़ा सकता है।

हालांकि, यह प्रतीत होता है कि सरल ऑपरेशन को लागू करना व्यावहारिक रूप से कठिन है: अमीनो एसिड एक दूसरे के साथ संयोजन करने के लिए बहुत अनिच्छुक हैं। हमें उन्हें रासायनिक रूप से सक्रिय करना होगा, और श्रृंखला के सिरों में से एक को "गर्म करना" होगा (अक्सर कार्बोक्जिलिक), और आवश्यक शर्तों का सख्ती से पालन करते हुए प्रतिक्रिया को अंजाम देना होगा। लेकिन इतना ही नहीं: दूसरी कठिनाई यह है कि न केवल विभिन्न अमीनो एसिड के अवशेष, बल्कि एक ही एसिड के दो अणु भी एक दूसरे के साथ मिल सकते हैं। इस मामले में, संश्लेषित पेप्टाइड की संरचना पहले से ही वांछित से भिन्न होगी। इसके अलावा, प्रत्येक अमीनो एसिड में दो नहीं, बल्कि कई "अकिलीज़ हील्स" हो सकते हैं - रासायनिक रूप से सक्रिय समूह जो अमीनो एसिड अवशेषों को जोड़ने में सक्षम हैं।

प्रतिक्रिया को दिए गए पथ से विचलित होने से रोकने के लिए, इन झूठे लक्ष्यों को छिपाने के लिए आवश्यक है - अमीनो एसिड के सभी प्रतिक्रियाशील समूहों को "सील" करने के लिए, प्रतिक्रिया की अवधि के लिए, एक को छोड़कर, इसलिए संलग्न करके -उन्हें सुरक्षात्मक समूह कहा जाता है। यदि ऐसा नहीं किया जाता है, तो लक्ष्य न केवल दोनों सिरों से, बल्कि बग़ल में भी बढ़ेगा, और अमीनो एसिड अब दिए गए क्रम में नहीं जुड़ पाएंगे। लेकिन किसी भी निर्देशित संश्लेषण का ठीक यही अर्थ है।

लेकिन, इस तरह से एक परेशानी से छुटकारा पाने के लिए, रसायनज्ञों को दूसरे के साथ सामना करना पड़ता है: संश्लेषण के अंत के बाद, सुरक्षात्मक समूहों को हटा दिया जाना चाहिए। फिशर के समय में, हाइड्रोलिसिस द्वारा विभाजित किए गए समूहों को "संरक्षण" के रूप में उपयोग किया जाता था। हालांकि, हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया आमतौर पर परिणामी पेप्टाइड के लिए बहुत मजबूत "झटका" निकली: जैसे ही "मचान" - सुरक्षात्मक समूह - को हटा दिया गया, इसका मुश्किल-से-निर्माण "निर्माण" अलग हो गया। केवल 1932 में, फिशर के छात्र एम। बर्गमैन ने इस स्थिति से बाहर निकलने का एक रास्ता खोजा: उन्होंने एक कार्बोबेंजोक्सी समूह के साथ एक अमीनो एसिड के अमीनो समूह की रक्षा करने का प्रस्ताव रखा, जिसे पेप्टाइड श्रृंखला को नुकसान पहुंचाए बिना हटाया जा सकता है।

अमीनो एसिड से प्रोटीन संश्लेषण

इन वर्षों में, अमीनो एसिड को एक दूसरे से "क्रॉसलिंकिंग" करने के लिए कई तथाकथित नरम तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। हालांकि, वे सभी वास्तव में फिशर की विधि के विषय पर भिन्नताएं थीं। ऐसी विविधताएँ जिनमें कभी-कभी मूल राग को पकड़ना और भी मुश्किल हो जाता है। लेकिन सिद्धांत स्वयं वही रहा। फिर भी कमजोर समूहों की सुरक्षा से जुड़ी कठिनाइयाँ वही रहीं। प्रतिक्रिया चरणों की संख्या में वृद्धि करके इन कठिनाइयों पर काबू पाने के लिए भुगतान किया जाना था: एक प्राथमिक कार्य - दो अमीनो एसिड का संयोजन - चार चरणों में विभाजित किया गया था। और प्रत्येक अतिरिक्त चरण एक अपरिहार्य नुकसान है।

भले ही हम मान लें कि प्रत्येक चरण में 80% की उपयोगी उपज होती है (और यह एक अच्छी उपज है), फिर चार चरणों के बाद ये 80% "पिघल" से 40% हो जाते हैं। और यह केवल एक डाइपेप्टाइड के संश्लेषण के साथ है! अगर 8 अमीनो एसिड हों तो क्या करें? और अगर 51, जैसे इंसुलिन में? इसमें अमीनो एसिड अणुओं के दो ऑप्टिकल "दर्पण" रूपों के अस्तित्व से जुड़ी कठिनाइयों को जोड़ें, जिनमें से प्रतिक्रिया में केवल एक की आवश्यकता होती है, परिणामी पेप्टाइड्स को उप-उत्पादों से अलग करने की समस्याओं को जोड़ते हैं, खासकर उन मामलों में जहां वे समान रूप से घुलनशील हैं। कुल मिलाकर क्या होता है: सड़क कहीं नहीं?

और फिर भी इन कठिनाइयों ने रसायनज्ञों को नहीं रोका। "नीली चिड़िया" का पीछा जारी रहा। 1954 में, पहले जैविक रूप से सक्रिय पॉलीपेप्टाइड हार्मोन, वैसोप्रेसिन और ऑक्सीटोसिन को संश्लेषित किया गया था। उनमें आठ अमीनो एसिड थे। 1963 में, एक 39-मेर ACTH पॉलीपेप्टाइड, एड्रेनोकोर्टिकोट्रोपिक हार्मोन, संश्लेषित किया गया था। अंत में, संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी और चीन में रसायनज्ञों ने पहले प्रोटीन - हार्मोन इंसुलिन को संश्लेषित किया।

यह कैसा है, पाठक कहेंगे, कि कठिन सड़क, यह पता चला है, कहीं भी या कहीं भी नहीं, बल्कि कई पीढ़ियों के केमिस्टों के सपने को साकार करने के लिए! यह एक मील का पत्थर घटना है! वास्तव में यह एक ऐतिहासिक घटना है। लेकिन आइए सनसनीखेज, विस्मयादिबोधक चिह्न और अत्यधिक भावनाओं का त्याग करते हुए, इसका मूल्यांकन संयम से करें।

कोई तर्क नहीं देता: इंसुलिन का संश्लेषण रसायनज्ञों के लिए एक बड़ी जीत है। यह एक विशाल, टाइटैनिक कार्य है, जो सभी प्रशंसा के योग्य है। लेकिन साथ ही, अहंकार, संक्षेप में, पुराने पॉलीपेप्टाइड रसायन की छत है। यह हार के कगार पर जीत है।

प्रोटीन संश्लेषण और इंसुलिन

इंसुलिन में 51 अमीनो एसिड होते हैं। उन्हें सही क्रम में जोड़ने के लिए, रसायनज्ञों को 223 अभिक्रियाओं को करने की आवश्यकता थी। जब, उनमें से पहले की शुरुआत के तीन साल बाद, आखिरी पूरा हुआ, उत्पाद की उपज एक प्रतिशत के सौवें हिस्से से कम थी। तीन साल, 223 चरण, एक प्रतिशत का सौवां हिस्सा - आपको यह स्वीकार करना होगा कि जीत विशुद्ध रूप से प्रतीकात्मक है। इस पद्धति के व्यावहारिक अनुप्रयोग के बारे में बात करना बहुत मुश्किल है: इसके कार्यान्वयन से जुड़ी लागत बहुत अधिक है। लेकिन अंतिम विश्लेषण में, हम कार्बनिक रसायन विज्ञान की महिमा के कीमती अवशेषों के संश्लेषण के बारे में बात नहीं कर रहे हैं, बल्कि एक महत्वपूर्ण दवा की रिहाई के बारे में बात कर रहे हैं जिसकी दुनिया भर के हजारों लोगों को आवश्यकता है। तो पॉलीपेप्टाइड संश्लेषण की शास्त्रीय विधि पहले ही सबसे सरल प्रोटीन पर समाप्त हो गई है। तो, "नीली चिड़िया" फिर से रसायनज्ञों के हाथों से फिसल गई?

प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक नई विधि

दुनिया को इंसुलिन के संश्लेषण के बारे में जानने से लगभग डेढ़ साल पहले, प्रेस में एक और संदेश आया, जिसने पहली बार में ज्यादा ध्यान आकर्षित नहीं किया: अमेरिकी वैज्ञानिक आर। मैरीफील्ड ने पेप्टाइड्स के संश्लेषण के लिए एक नई विधि का प्रस्ताव रखा। चूँकि लेखक ने पहले स्वयं इस पद्धति को उचित मूल्यांकन नहीं दिया, और इसमें कई खामियाँ थीं, यह पहले सन्निकटन में मौजूदा लोगों की तुलना में भी बदतर लग रहा था। हालांकि, पहले से ही 1964 की शुरुआत में, जब मैरीफील्ड ने 70% की उपयोगी उपज के साथ 9-सदस्यीय हार्मोन के संश्लेषण को पूरा करने के लिए अपनी विधि का उपयोग करने में सफलता प्राप्त की, वैज्ञानिक चकित थे: 70% सभी चरणों के बाद प्रत्येक चरण में 9% उपयोगी उपज है। संश्लेषण।

नई पद्धति का मुख्य विचार यह है कि पेप्टाइड्स की बढ़ती श्रृंखला, जो पहले समाधान में अराजक आंदोलन की दया पर छोड़ दी गई थी, अब एक छोर पर एक ठोस वाहक से बंधी हुई थी - वे, जैसे थे, मजबूर थे समाधान में लंगर डालना। मैरीफील्ड ने एक ठोस राल लिया और कार्बोनिल अंत तक अपने सक्रिय समूहों के लिए पेप्टाइड में इकट्ठे हुए पहले अमीनो एसिड को "संलग्न" किया। प्रतिक्रियाएं व्यक्तिगत राल कणों के अंदर हुईं। इसके अणुओं के "लेबिरिंथ" में, भविष्य के पेप्टाइड की पहली छोटी शूटिंग पहली बार दिखाई दी। फिर दूसरे अमीनो एसिड को बर्तन में पेश किया गया, इसके कार्बोनिल सिरों को "संलग्न" अमीनो एसिड के मुक्त अमीनो सिरों से जोड़ा गया, और पेप्टाइड के भविष्य के "भवन" का एक और "फर्श" कणों में विकसित हुआ। तो, चरण दर चरण, संपूर्ण पेप्टाइड बहुलक धीरे-धीरे निर्मित होता गया।

नई विधि के निस्संदेह फायदे थे: सबसे पहले, इसने प्रत्येक अमीनो एसिड को जोड़ने के बाद अनावश्यक उत्पादों को अलग करने की समस्या को हल किया - इन उत्पादों को आसानी से धोया गया, और पेप्टाइड राल के दानों से जुड़ा रहा। उसी समय, बढ़ती पेप्टाइड्स की घुलनशीलता की समस्या, पुरानी पद्धति के मुख्य संकटों में से एक को बाहर रखा गया था; पहले, वे अक्सर अवक्षेपित हो जाते थे, व्यावहारिक रूप से विकास प्रक्रिया में भाग लेना बंद कर देते थे। ठोस समर्थन से संश्लेषण के पूरा होने के बाद पेप्टाइड्स "हटाए गए" लगभग सभी समान आकार और संरचना प्राप्त किए गए थे, किसी भी मामले में, संरचना में बिखराव शास्त्रीय विधि की तुलना में कम था। और तदनुसार अधिक उपयोगी आउटपुट। इस पद्धति के लिए धन्यवाद, पेप्टाइड संश्लेषण - एक श्रमसाध्य, समय लेने वाली संश्लेषण - आसानी से स्वचालित है।

मैरीफील्ड ने एक साधारण मशीन का निर्माण किया, जो स्वयं, एक दिए गए कार्यक्रम के अनुसार, सभी आवश्यक संचालन करता था - अभिकर्मकों की आपूर्ति, मिश्रण, जल निकासी, धुलाई, एक खुराक को मापना, एक नया भाग जोड़ना, और इसी तरह। यदि पुरानी पद्धति के अनुसार एक एमिनो एसिड जोड़ने में 2-3 दिन लगते थे, तो मैरीफील्ड ने अपनी मशीन पर एक दिन में 5 अमीनो एसिड को जोड़ा। अंतर 15 गुना है।

प्रोटीन संश्लेषण में क्या कठिनाइयाँ हैं

मैरीफील्ड की विधि, जिसे सॉलिड-फेज या विषमांगी कहा जाता है, को तुरंत दुनिया भर के रसायनज्ञों द्वारा अपनाया गया। हालांकि, थोड़े समय के बाद यह स्पष्ट हो गया कि नई पद्धति में प्रमुख लाभों के साथ-साथ कई गंभीर कमियां भी हैं।

जैसे-जैसे पेप्टाइड श्रृंखलाएं बढ़ती हैं, ऐसा हो सकता है कि उनमें से कुछ में, कहते हैं, तीसरी "मंजिल" गायब है - एक पंक्ति में तीसरा अमीनो एसिड: इसका अणु जंक्शन तक नहीं पहुंचेगा, संरचनात्मक में सड़क के किनारे कहीं फंस जाएगा। "जंगली" ठोस बहुलक। और फिर, भले ही चौथे से शुरू होने वाले अन्य सभी अमीनो एसिड उचित क्रम में पंक्तिबद्ध हों, इससे स्थिति नहीं बचेगी। इसकी संरचना में परिणामी पॉलीपेप्टाइड और, परिणामस्वरूप, इसके गुणों में प्राप्त पदार्थ से कोई लेना-देना नहीं होगा। फ़ोन नंबर डायल करते समय भी ऐसा ही होता है; यह एक अंक छोड़ने लायक है - और यह तथ्य कि हमने बाकी सभी को सही ढंग से टाइप किया है, अब हमारी मदद नहीं करेगा। ऐसी झूठी जंजीरों को "वास्तविक" से अलग करना व्यावहारिक रूप से असंभव है, और दवा अशुद्धियों से भरी हुई है। इसके अलावा, यह पता चला है कि संश्लेषण किसी भी राल पर नहीं किया जा सकता है - इसे सावधानी से चुना जाना चाहिए, क्योंकि बढ़ते पेप्टाइड के गुण कुछ हद तक राल के गुणों पर निर्भर करते हैं। इसलिए, प्रोटीन संश्लेषण के सभी चरणों को यथासंभव सावधानी से संपर्क किया जाना चाहिए।

डीएनए प्रोटीन संश्लेषण, वीडियो

और अंत में, हम आपके ध्यान में एक शैक्षिक वीडियो लाते हैं कि डीएनए अणुओं में प्रोटीन संश्लेषण कैसे होता है।

प्रोटीन बायोसिंथेसिस प्लास्टिक एक्सचेंज के प्रकारों में से एक है, जिसके दौरान डीएनए जीन में एन्कोडेड वंशानुगत जानकारी प्रोटीन अणुओं में अमीनो एसिड के एक निश्चित अनुक्रम में महसूस की जाती है।

कोशिका में एक प्रकार के प्रोटीन के जैवसंश्लेषण के चरण

सबसे पहले, डीएनए अणु की एक श्रृंखला के एक निश्चित क्षेत्र में एमआरएनए संश्लेषित होता है।

एमआरएनए परमाणु झिल्ली के छिद्रों के माध्यम से साइटोप्लाज्म में बाहर निकलता है और राइबोसोम के छोटे सबयूनिट से जुड़ जाता है।

सर्जक tRNA राइबोसोम के एक ही सबयूनिट से जुड़ा होता है। इसका एंटिकोडन mRNA स्टार्ट कोडन, AUG के साथ परस्पर क्रिया करता है। उसके बाद, छोटे और बड़े कणों से एक कार्यशील राइबोसोम बनता है।

जब एक नया अमीनो एसिड शामिल किया जाता है, तो राइबोसोम तीन न्यूक्लियोटाइड को आगे बढ़ाता है। राइबोसोम mRNA के साथ तब तक चलता है जब तक कि वह अपने तीन स्टॉप कोडन - UAA, UAG, या UGA में से एक तक नहीं पहुंच जाता।

उसके बाद, पॉलीपेप्टाइड राइबोसोम को छोड़ देता है और साइटोप्लाज्म में चला जाता है। एक एमआरएनए अणु पर कई राइबोसोम होते हैं जो एक पॉलीसोम बनाते हैं। यह पॉलीसोम पर है कि कई समान पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का एक साथ संश्लेषण होता है।

जैवसंश्लेषण का प्रत्येक चरण उपयुक्त एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है और एटीपी की ऊर्जा प्रदान करता है।

जैवसंश्लेषण कोशिकाओं में जबरदस्त गति से होता है। ऊंचे जानवरों के शरीर में एक मिनट में 60 हजार तक पेप्टाइड बॉन्ड बनते हैं।

प्रोटीन संश्लेषण की सटीकता निम्नलिखित तंत्रों द्वारा सुनिश्चित की जाती है:

और एक निश्चित एंजाइम एक कड़ाई से परिभाषित अमीनो एसिड को संबंधित स्थानांतरण आरएनए अणुओं के बंधन को सुनिश्चित करता है।

स्थानांतरण आरएनए, जिसमें एक एमिनो एसिड जुड़ा हुआ है, राइबोसोम के लगाव के स्थान पर मैसेंजर आरएनए पर अपने एंटिकोडन के साथ कोडन को बांधता है। टीआरएनए अणु अपने "स्वयं" कोडन को पहचानने के बाद ही, अमीनो एसिड बढ़ती पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला में शामिल होता है।

कार्यों के उदाहरण 9

प्रोटीन जैवसंश्लेषण के सभी चरणों की सूची बनाइए। एमआरएनए संश्लेषण की शुरुआत और अंत कैसे निर्धारित किया जाता है?

2. एक डीएनए ट्रिपलेट में जानकारी होती है

ए) प्रोटीन में अमीनो एसिड के अनुक्रम के बारे में;

बी) जीव के एक संकेत के बारे में;

ग) प्रोटीन श्रृंखला में शामिल लगभग एक अमीनो एसिड;

डी) संश्लेषण और आरएनए की शुरुआत के बारे में।

3. प्रतिलेखन प्रक्रिया कहाँ होती है?

4. कौन सा सिद्धांत प्रोटीन जैवसंश्लेषण की सटीकता सुनिश्चित करता है?

सेल में ऊर्जा चयापचय (विघटन)

ऊर्जा चयापचय कार्बनिक यौगिकों के क्रमिक अपघटन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं का एक समूह है, जिसमें ऊर्जा की रिहाई होती है, जिसका एक हिस्सा एटीपी के संश्लेषण पर खर्च किया जाता है।

एरोबिक जीवों में कार्बनिक यौगिकों को विभाजित करने की प्रक्रिया तीन चरणों में होती है, जिनमें से प्रत्येक कई एंजाइमी प्रतिक्रियाओं के साथ होती है। एंजाइमों की भागीदारी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सक्रियता ऊर्जा को कम करती है, जिसके कारण ऊर्जा तुरंत नहीं निकलती है (जैसे कि माचिस जलाते समय), लेकिन धीरे-धीरे।

पहला चरण प्रारंभिक है। बहुकोशिकीय जीवों के जठरांत्र संबंधी मार्ग में, यह पाचन एंजाइमों द्वारा किया जाता है। एककोशिकीय जीवों में - लाइसोसोम के एंजाइम। पहले चरण में, प्रोटीन अमीनो एसिड, वसा से ग्लिसरॉल और फैटी एसिड, पॉलीसेकेराइड से मोनोसैकराइड, न्यूक्लिक एसिड से न्यूक्लियोटाइड में टूट जाते हैं।

इस प्रक्रिया को पाचन कहते हैं।

दूसरा चरण एनोक्सिक (ग्लाइकोलिसिस) है। कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में होता है। इसमें ग्लूकोज अणु के पाइरुविक एसिड (PVA), 2ATP, H 2 0 और NADP * H के दो अणुओं में रूपांतरण की नौ क्रमिक प्रतिक्रियाएं होती हैं:

सी 6 एच 12 0 6 + 2एडीपी + 2पी + 2एनएडी + -> 2सी 3 एच 4 0 3 + 2एटीपी +

2Н 2 0+2एनएडीपी*Н (पीवीसी)

एटीपी और एनएडीपी * एच ऐसे यौगिक हैं जिनमें ग्लाइकोलाइसिस के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का हिस्सा संग्रहीत किया गया है।

शेष ऊर्जा ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाती है।

खमीर और पौधों की कोशिकाओं में (ऑक्सीजन की कमी के साथ), पाइरुविक एसिड एथिल अल्कोहल और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है। इस प्रक्रिया को अल्कोहलिक किण्वन कहा जाता है।

उच्च भार और ऑक्सीजन की कमी वाले जानवरों की मांसपेशियों में लैक्टिक एसिड बनता है, जो लैक्टेट के रूप में जमा होता है।

तीसरा चरण ऑक्सीजन है। यह ग्लूकोज और मध्यवर्ती उत्पादों के कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के पूर्ण ऑक्सीकरण के साथ समाप्त होता है। इस स्थिति में, जब ग्लूकोज का एक अणु टूट जाता है, तो 38 ATP अणु बनते हैं। इस प्रक्रिया को जैविक ऑक्सीकरण कहा जाता है। वातावरण में पर्याप्त मात्रा में आण्विक ऑक्सीजन जमा होने के बाद यह संभव हो पाया।

कोशिकीय श्वसन माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्लियों पर होता है, जो एम्बेडेड अणु होते हैं - इलेक्ट्रॉन वाहक। इस चरण के दौरान, अधिकांश चयापचय ऊर्जा जारी की जाती है। वाहक अणु इलेक्ट्रॉनों को आणविक ऑक्सीजन में ले जाते हैं। ऊर्जा का कुछ भाग ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाता है और कुछ भाग ATP के निर्माण पर खर्च हो जाता है।

ऊर्जा विनिमय की कुल प्रतिक्रिया: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6C0 2 + 6H 2 0 + 38ATP।

कार्य M10 . के उदाहरण

1. विषमपोषी पोषण का सार है

ए) अकार्बनिक से अपने कार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में;

बी) अकार्बनिक यौगिकों की खपत में;

ग) अपने स्वयं के शरीर के निर्माण के लिए भोजन से प्राप्त कार्बनिक यौगिकों के उपयोग में;

डी) एटीपी के संश्लेषण में।

2. कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के अंतिम उत्पाद हैं

ए) एटीपी और पानी;

बी) ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड;

ग) पानी, कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनिया;

डी) एटीपी और ऑक्सीजन।

3. दरार के पहले चरण में ग्लूकोज अणु

a) कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में ऑक्सीकृत हो जाता है;

बी) नहीं बदलता है;

ग) एक एटीपी अणु में बदल जाता है;

d) दो तीन-कार्बन अणुओं (PVC) में विभाजित हो जाता है।

4. कोशिका में ऊर्जा का सार्वभौमिक स्रोत क्या है?

5. ऊर्जा चयापचय के दौरान प्राप्त एटीपी की कुल मात्रा क्या है?

6. हमें ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रियाओं के बारे में बताएं।

7. एटीपी में संचित ऊर्जा का उपयोग किस प्रकार किया जाता है?

ऊर्जा और प्लास्टिक का संबंध

पशु और पौधों की कोशिकाओं में चयापचय

चयापचय (चयापचय) संश्लेषण और विभाजन की परस्पर संबंधित प्रक्रियाओं का एक समूह है, जो ऊर्जा के अवशोषण और रिलीज और सेल रसायनों के परिवर्तन के साथ है। इसे कभी-कभी प्लास्टिक और ऊर्जा एक्सचेंजों में विभाजित किया जाता है, जो आपस में जुड़े होते हैं। सभी सिंथेटिक प्रक्रियाओं में विखंडन प्रक्रियाओं द्वारा आपूर्ति किए गए पदार्थों और ऊर्जा की आवश्यकता होती है। ऊर्जा चयापचय के उत्पादों और ऊर्जा का उपयोग करके प्लास्टिक चयापचय के दौरान संश्लेषित एंजाइमों द्वारा विभाजन की प्रक्रिया उत्प्रेरित होती है।

जीवों में होने वाली व्यक्तिगत प्रक्रियाओं के लिए, निम्नलिखित शब्दों का प्रयोग किया जाता है:

एसिमिलेशन मोनोमर्स से पॉलिमर का संश्लेषण है।

विघटन पॉलिमर का मोनोमर्स में टूटना है।

उपचय सरल लोगों से अधिक जटिल मोनोमर्स का संश्लेषण है।

अपचय अधिक जटिल मोनोमर्स का सरल लोगों में टूटना है।

जीवित प्राणी प्रकाश और रासायनिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं। स्वपोषी कार्बन के स्रोत के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करते हैं। विषमपोषी जैविक कार्बन स्रोतों का उपयोग करते हैं। अपवाद कुछ प्रोटिस्ट हैं, उदाहरण के लिए, ग्रीन यूजलीना, ऑटोट्रॉफ़िक और हेटरोट्रॉफ़िक प्रकार के पोषण में सक्षम।

स्वपोषी प्रकाश संश्लेषण या रसायनसंश्लेषण के दौरान कार्बनिक यौगिकों का संश्लेषण करते हैं। विषमपोषी भोजन के साथ कार्बनिक पदार्थ प्राप्त करते हैं।

ऑटोट्रॉफ़्स में, प्लास्टिक चयापचय (आत्मसात) की प्रक्रियाएं - प्रकाश संश्लेषण या रसायन विज्ञान, हावी, हेटरोट्रॉफ़ में - ऊर्जा चयापचय (विघटन) की प्रक्रियाएं - कोशिकाओं में होने वाली पाचन + जैविक क्षय।

कार्यों के उदाहरण №11

1. प्रकाश संश्लेषण और ग्लूकोज ऑक्सीकरण की प्रक्रिया के बीच क्या सामान्य है?

ए) दोनों प्रक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया में होती हैं;

बी) दोनों प्रक्रियाएं क्लोरोप्लास्ट में होती हैं;

ग) इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप ऑक्सीजन का निर्माण होता है;

d) इन प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ATP बनता है।

2. स्तनधारियों के ऊर्जा चयापचय में प्रकाश संश्लेषण के कौन से उत्पाद शामिल हैं?

3. अमीनो एसिड, फैटी एसिड के निर्माण में कार्बोहाइड्रेट की क्या भूमिका है?

एक सेल का जीवन चक्र। गुणसूत्रों

कोशिका का जीवन चक्र विभाजन से विभाजन तक उसके जीवन की अवधि है।

कोशिकाएं अपनी सामग्री को दोगुना करके और फिर आधे में विभाजित करके पुनरुत्पादन करती हैं।

कोशिका विभाजन एक बहुकोशिकीय जीव के ऊतकों की वृद्धि, विकास और पुनर्जनन का आधार है।

कोशिका चक्र को क्रोमोसोमल और साइटोप्लाज्मिक में विभाजित किया गया है। क्रोमोसोमल आनुवंशिक सामग्री की सटीक प्रतिलिपि और वितरण के साथ है। साइटोप्लाज्मिक में कोशिका वृद्धि और बाद में साइटोकाइनेसिस होते हैं - अन्य सेलुलर घटकों को दोगुना करने के बाद कोशिका विभाजन।

विभिन्न प्रजातियों में, विभिन्न ऊतकों में और विभिन्न चरणों में कोशिका चक्र की अवधि एक घंटे (भ्रूण में) से एक वर्ष (वयस्क यकृत कोशिकाओं में) तक व्यापक रूप से भिन्न होती है।

सेल चक्र चरण

इंटरफेज़ दो डिवीजनों के बीच की अवधि है। इसे प्रीसिंथेटिक - 01, सिंथेटिक - इन, पोस्टसिंथेटिक 02 में विभाजित किया गया है।

01-चरण - सबसे लंबी अवधि (10 घंटे से कई दिनों तक)। इसमें गुणसूत्रों के दोहराव के लिए कोशिकाओं को तैयार करना शामिल है। प्रोटीन, आरएनए के संश्लेषण के साथ, राइबोसोम, माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या बढ़ जाती है। इस चरण में, कोशिका वृद्धि होती है।

चरण में (6-10 घंटे)। गुणसूत्रों के दोहराव के साथ। कुछ प्रोटीन संश्लेषित होते हैं।

C2-चरण (3-6 घंटे)। गुणसूत्रों के संघनन के साथ। सूक्ष्मनलिकाएं के प्रोटीन संश्लेषित होते हैं जो विभाजन की धुरी बनाते हैं।

मिटोसिस कोशिका नाभिक के विभाजन का एक रूप है। माइटोसिस के परिणामस्वरूप, परिणामी बेटी नाभिक में से प्रत्येक को मूल कोशिका के समान जीन का सेट प्राप्त होता है। द्विगुणित और अगुणित दोनों नाभिक समसूत्री विभाजन में प्रवेश कर सकते हैं। समसूत्री विभाजन के दौरान उसी प्लोइड के नाभिक मूल के रूप में प्राप्त होते हैं। "माइटोसिस" की अवधारणा केवल यूकेरियोट्स पर लागू होती है।

समसूत्रण के चरण

प्रोफेज - कोशिका के साइटोप्लाज्मिक कंकाल और संबंधित प्रोटीन के सूक्ष्मनलिकाएं से विभाजन के एक धुरी के गठन के साथ। क्रोमोसोम स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं और इसमें दो क्रोमैटिड होते हैं।

प्रोमेटाफेज - परमाणु झिल्ली के विघटन के साथ। कुछ स्पिंडल सूक्ष्मनलिकाएं किनेटोकोर्स (प्रोटीन-सेंट्रोमियर कॉम्प्लेक्स) से जुड़ी होती हैं।

मेटाफ़ेज़ - सभी गुणसूत्र कोशिका के भूमध्य रेखा के साथ एक मेटाफ़ेज़ प्लेट बनाते हुए पंक्तिबद्ध होते हैं।

एनाफेज - क्रोमैटिड समान गति से कोशिका के ध्रुवों की ओर विचरण करते हैं। सूक्ष्मनलिकाएं छोटी हो जाती हैं।

टेलोफ़ेज़ - संतति क्रोमैटिड कोशिका के ध्रुवों के पास पहुँचते हैं। सूक्ष्मनलिकाएं गायब हो जाती हैं। संघनित क्रोमैटिड्स के चारों ओर एक परमाणु झिल्ली बनती है।

साइटोकाइनेसिस - कोशिका द्रव्य के विभाजन की प्रक्रिया। कोशिका के मध्य भाग में कोशिका झिल्ली अंदर की ओर खींची जाती है। एक विखंडन फ़रो बनता है, जैसे-जैसे यह गहरा होता है, कोशिका द्विभाजित होती है।

समसूत्री विभाजन के परिणामस्वरूप, गुणसूत्रों के समान सेटों के साथ दो नए नाभिक बनते हैं, जो मूल नाभिक की आनुवंशिक जानकारी की ठीक नकल करते हैं।

ट्यूमर कोशिकाओं में, समसूत्रीविभाजन की प्रक्रिया गड़बड़ा जाती है।

कार्यों के उदाहरण 12

1. समसूत्री विभाजन के प्रत्येक चरण की विशेषताओं का वर्णन कीजिए।

2. क्रोमैटिड, सेंट्रोमियर, स्पिंडल विखंडन क्या हैं?

3. दैहिक कोशिकाएं रोगाणु कोशिकाओं से कैसे भिन्न होती हैं?

4. समसूत्री विभाजन का जैविक अर्थ क्या है?

5. कोशिका चक्र में सबसे लंबा है:

ए) इंटरफेज़; बी) प्रोफ़ेज़; ग) मेटाफ़ेज़; डी) टेलोफ़ेज़।

6. समसूत्री विभाजन के मेटाफेज में समजात गुणसूत्रों के एक जोड़े में कितने क्रोमैटिड होते हैं?

ए) चार; बी) दो; सी) आठ डी) एक।

7. मिटोसिस प्रदान नहीं करता है

क) मानव त्वचा कोशिकाओं का निर्माण; बी) प्रजातियों के लिए गुणसूत्रों की निरंतर संख्या बनाए रखना; ग) प्रजातियों की आनुवंशिक विविधता; डी) अलैंगिक प्रजनन।

अर्धसूत्रीविभाजन कोशिका नाभिक के विभाजन की प्रक्रिया है, जिससे गुणसूत्रों की संख्या आधी हो जाती है। अर्धसूत्रीविभाजन में एक एकल डीएनए प्रतिकृति से पहले लगातार दो विभाजन (कमी और समीकरण) होते हैं। अर्धसूत्रीविभाजन का इंटरफेज़ माइटोसिस के इंटरफेज़ के समान है।

कमी विभाजन

सबसे पहले, प्रतिकृति गुणसूत्र संघनित होते हैं।

फिर समजातीय गुणसूत्रों का संयुग्मन शुरू होता है। द्विसंयोजक या टेट्राड बनते हैं, जिसमें 4 बहन क्रोमैटिड होते हैं।

अगला चरण समजात गुणसूत्रों के बीच पार हो रहा है। संयुग्मित गुणसूत्र अलग हो जाते हैं, द्विसंयोजक गुणसूत्र एक दूसरे से दूर चले जाते हैं, लेकिन उन जगहों पर जुड़े रहना जारी रखते हैं जहां क्रॉसिंग ओवर हुआ है।

परमाणु झिल्ली और नाभिक गायब हो जाते हैं।

पहले विभाजन के अंत में, गुणसूत्रों के अगुणित सेट और डीएनए की दोगुनी मात्रा वाली कोशिकाएं बनती हैं। परमाणु लिफाफा बनता है। धुरी टूट जाती है। प्रत्येक कोशिका में 2 बहन क्रोमैटिड होते हैं जो एक सेंट्रोमियर से जुड़े होते हैं।

समीकरण विभाजन

अर्धसूत्रीविभाजन का जैविक महत्व प्रजातियों की आनुवंशिक स्थिरता को बनाए रखने में, यौन प्रजनन में शामिल कोशिकाओं के निर्माण में निहित है। अर्धसूत्रीविभाजन जीवों में संयुक्त परिवर्तनशीलता का आधार है। मनुष्यों में अर्धसूत्रीविभाजन के उल्लंघन से विकृतियाँ हो सकती हैं जैसे डाउन रोग, मूर्खता आदि।

कार्यों के उदाहरण 13

1. अर्धसूत्रीविभाजन के प्रत्येक चरण की विशेषताओं का वर्णन करें।

2. संयुग्मन, क्रॉसओवर, द्विसंयोजक क्या है?

3. अर्धसूत्रीविभाजन का जैविक अर्थ क्या है?

4. वे अलैंगिक रूप से प्रजनन कर सकते हैं

ए) उभयचर; बी) आंतों; ग) कीड़े; डी) क्रस्टेशियंस।

5. अर्धसूत्रीविभाजन का पहला विभाजन गठन के साथ समाप्त होता है

ए) युग्मक; बी) गुणसूत्रों के अगुणित सेट वाली कोशिकाएं; ग) द्विगुणित कोशिकाएं; d) विभिन्न प्लोइड की कोशिकाएँ।

6. अर्धसूत्रीविभाजन के परिणामस्वरूप, निम्नलिखित बनते हैं: क) फर्न बीजाणु; बी) फर्न एथेरिडियम की दीवारों की कोशिकाएं; ग) फ़र्न आर्कगोनियम की दीवारों की कोशिकाएँ; d) ड्रोन मधुमक्खियों की दैहिक कोशिकाएँ।

गुणसूत्रों की संरचना और कार्य

क्रोमोसोम कोशिका संरचनाएं हैं जो वंशानुगत जानकारी को संग्रहीत और प्रसारित करती हैं। एक गुणसूत्र डीएनए और प्रोटीन से बना होता है। डीएनए से जुड़े प्रोटीन का कॉम्प्लेक्स क्रोमैटिन बनाता है। नाभिक में डीएनए अणुओं की पैकेजिंग में प्रोटीन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

गुणसूत्रों में डीएनए इस तरह से पैक किया जाता है कि यह नाभिक में फिट हो जाता है, जिसका व्यास आमतौर पर 5 माइक्रोन (5 x 10 ~ 4 सेमी) से अधिक नहीं होता है।

गुणसूत्र एक छड़ के आकार की संरचना है और इसमें दो बहन क्रोमैटिड होते हैं, जो प्राथमिक कसना के क्षेत्र में सेंट्रोमियर द्वारा आयोजित किए जाते हैं। क्रोमैटिन प्रतिकृति नहीं करता है। केवल डीएनए दोहराया जाता है। जब डीएनए प्रतिकृति शुरू होती है, तो आरएनए संश्लेषण बंद हो जाता है।

किसी जीव में गुणसूत्रों के द्विगुणित समूह को कैरियोटाइप कहा जाता है। आधुनिक शोध विधियां प्रत्येक गुणसूत्र को कैरियोटाइप में निर्धारित करना संभव बनाती हैं। ऐसा करने के लिए, विशेष रंगों के साथ इलाज किए गए गुणसूत्रों में प्रकाश और अंधेरे बैंड (एटी और जीसी के जोड़े के विकल्प) के माइक्रोस्कोप के तहत दिखाई देने वाले वितरण को ध्यान में रखें। विभिन्न प्रजातियों के प्रतिनिधियों के गुणसूत्रों में अनुप्रस्थ धारियां होती हैं। संबंधित प्रजातियों में, उदाहरण के लिए, मनुष्यों और चिंपैंजी में, गुणसूत्रों में बैंड के प्रत्यावर्तन का पैटर्न बहुत समान है।

जीवों की प्रत्येक प्रजाति में गुणसूत्रों की एक स्थिर संख्या, आकार और संरचना होती है। मानव कैरियोटाइप में 46 गुणसूत्र होते हैं - 44 ऑटोसोम और 2 सेक्स क्रोमोसोम। नर विषमयुग्मजी (XY) हैं और मादा समरूपी (XX) हैं। Y गुणसूत्र कुछ एलील (उदाहरण के लिए, रक्त का थक्का जमाने वाला एलील) की अनुपस्थिति में X गुणसूत्र से भिन्न होता है। एक जोड़े के गुणसूत्र समजातीय कहलाते हैं। एक ही स्थान पर समजातीय गुणसूत्र युग्मक जीन ले जाते हैं।

कार्यों के उदाहरण №14

1. समसूत्री विभाजन के अंतरावस्था में गुणसूत्रों का क्या होता है?

2. कौन से गुणसूत्र समजातीय कहलाते हैं?

3. क्रोमैटिन क्या है?

4. क्या सभी गुणसूत्र हमेशा एक कोशिका में मौजूद होते हैं?

5. कोशिकाओं में गुणसूत्रों की संख्या और आकार को जानकर आप किसी जीव के बारे में क्या सीख सकते हैं?

2.2. जीवों के लक्षण। आनुवंशिकता और परिवर्तनशीलता जीवों के गुण हैं। एककोशिकीय और बहुकोशिकीय जीव। ऊतक, अंग, पौधों और जानवरों के अंग प्रणाली, जीवों की परिवर्तनशीलता की पहचान। पौधों और घरेलू पशुओं को उगाने और प्रचारित करने, उनकी देखभाल करने की तकनीक

प्रोटीन जैवसंश्लेषण।

प्लास्टिक चयापचय (आत्मसात या उपचय) जैविक संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं का एक समूह है। इस प्रकार के विनिमय का नाम इसके सार को दर्शाता है: बाहर से कोशिका में प्रवेश करने वाले पदार्थों से कोशिका के पदार्थों के समान पदार्थ बनते हैं।

प्लास्टिक चयापचय के सबसे महत्वपूर्ण रूपों में से एक पर विचार करें - प्रोटीन जैवसंश्लेषण। प्रोटीन का जैवसंश्लेषणसभी प्रो- और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में किया जाता है। एक प्रोटीन अणु की प्राथमिक संरचना (अमीनो एसिड का क्रम) के बारे में जानकारी डीएनए अणु - जीन के संबंधित खंड में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम द्वारा एन्कोड की जाती है।

एक जीन डीएनए अणु का एक खंड है जो प्रोटीन अणु में अमीनो एसिड के क्रम को निर्धारित करता है। इसलिए, पॉलीपेप्टाइड में अमीनो एसिड का क्रम जीन में न्यूक्लियोटाइड के क्रम पर निर्भर करता है, अर्थात। इसकी प्राथमिक संरचना, जिस पर प्रोटीन अणु की अन्य सभी संरचनाएं, गुण और कार्य बारी-बारी से निर्भर करते हैं।

न्यूक्लियोटाइड के एक विशिष्ट अनुक्रम के रूप में डीएनए (और - आरएनए) में आनुवंशिक जानकारी दर्ज करने की प्रणाली को आनुवंशिक कोड कहा जाता है। वे। आनुवंशिक कोड (कोडन) की एक इकाई डीएनए या आरएनए में न्यूक्लियोटाइड का एक ट्रिपल है जो एक एमिनो एसिड के लिए कोड करता है।

कुल मिलाकर, आनुवंशिक कोड में 64 कोडन शामिल हैं, जिनमें से 61 कोडिंग हैं और 3 गैर-कोडिंग हैं (टर्मिनेटर कोडन अनुवाद प्रक्रिया के अंत का संकेत देते हैं)।

टर्मिनेटर कोडन और - आरएनए: यूएए, यूएजी, यूजीए, डीएनए में: एटीटी, एटीसी, एक्ट।

अनुवाद प्रक्रिया की शुरुआत सर्जक कोडन (एयूजी, डीएनए - टीएसी में) द्वारा निर्धारित की जाती है, जो अमीनो एसिड मेथियोनीन को एन्कोडिंग करती है। यह कोडन राइबोसोम में सबसे पहले प्रवेश करता है। इसके बाद, मेथियोनीन, यदि इसे इस प्रोटीन के पहले अमीनो एसिड के रूप में प्रदान नहीं किया जाता है, तो इसे हटा दिया जाता है।

आनुवंशिक कोड में विशिष्ट गुण होते हैं।

1. सार्वभौमिकता - सभी जीवों के लिए कोड समान है। किसी भी जीव में समान त्रिक (कोडन) समान अमीनो अम्ल के लिए कूटबद्ध करता है।

2. विशिष्टता - प्रत्येक कोडन केवल एक अमीनो एसिड के लिए कोड करता है।

3. अध: पतन - अधिकांश अमीनो एसिड को कई कोडन द्वारा एन्कोड किया जा सकता है। अपवाद 2 अमीनो एसिड हैं - मेथियोनीन और ट्रिप्टोफैन, जिनमें से प्रत्येक में केवल एक कोडन संस्करण है।

4. जीन के बीच "विराम चिह्न" होते हैं - तीन विशेष ट्रिपल (यूएए, यूएजी, यूजीए), जिनमें से प्रत्येक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के संश्लेषण की समाप्ति को इंगित करता है।

5. जीन के अंदर कोई "विराम चिह्न" नहीं होते हैं।

एक प्रोटीन को संश्लेषित करने के लिए, इसकी प्राथमिक संरचना में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम के बारे में जानकारी राइबोसोम तक पहुंचाई जानी चाहिए। इस प्रक्रिया में दो चरण शामिल हैं - प्रतिलेखन और अनुवाद।

प्रतिलिपि(पुनर्लेखन) डीएनए अणु श्रृंखलाओं में से एक पर एकल-फंसे आरएनए अणु को संश्लेषित करके होता है, जिसका न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम मैट्रिक्स के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम से बिल्कुल मेल खाता है - डीएनए पॉलीन्यूक्लियोटाइड श्रृंखला।

वह (और - आरएनए) एक मध्यस्थ है जो डीएनए से सूचना को राइबोसोम में प्रोटीन अणुओं के संयोजन स्थल तक पहुंचाता है। संश्लेषण और - आरएनए (प्रतिलेखन) निम्नानुसार होता है। एक एंजाइम (आरएनए पोलीमरेज़) डीएनए के दोहरे स्ट्रैंड को साफ करता है, और इसके एक स्ट्रैंड (कोडिंग) पर, आरएनए न्यूक्लियोटाइड्स पूरकता के सिद्धांत के अनुसार पंक्तिबद्ध होते हैं। इस तरह से संश्लेषित आई-आरएनए अणु (मैट्रिक्स संश्लेषण) साइटोप्लाज्म में प्रवेश करता है, और राइबोसोम के छोटे सबयूनिट इसके एक छोर पर बंधे होते हैं।

प्रोटीन संश्लेषण में दूसरा चरण है प्रसारण- यह अणु में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम और पॉलीपेप्टाइड में एमिनो एसिड अनुक्रम में आरएनए का अनुवाद है। प्रोकैरियोट्स में जिनके पास एक अच्छी तरह से गठित नाभिक नहीं होता है, राइबोसोम डीएनए से अलग होने के तुरंत बाद या इसके संश्लेषण के पूरा होने से पहले ही एक नए संश्लेषित i-RNA अणु से जुड़ सकते हैं। यूकेरियोट्स में, यू-आरएनए को पहले परमाणु लिफाफे के माध्यम से साइटोप्लाज्म में पहुंचाया जाना चाहिए। स्थानांतरण विशेष प्रोटीन द्वारा किया जाता है जो आई-आरएनए अणु के साथ एक जटिल बनाते हैं। अपने परिवहन कार्यों के अलावा, ये प्रोटीन आई-आरएनए को साइटोप्लाज्मिक एंजाइमों के हानिकारक प्रभावों से बचाते हैं।

साइटोप्लाज्म में, एक राइबोसोम i-RNA के सिरों में से एक में प्रवेश करता है (अर्थात्, जिससे नाभिक में अणु का संश्लेषण शुरू होता है) और पॉलीपेप्टाइड का संश्लेषण शुरू होता है। जैसे ही यह आरएनए अणु के साथ चलता है, राइबोसोम ट्रिपलेट के बाद ट्रिपल का अनुवाद करता है, क्रमिक रूप से पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के बढ़ते अंत में अमीनो एसिड जोड़ता है। अमीनो एसिड का ट्रिपल कोड और - RNA से सटीक पत्राचार t - RNA द्वारा प्रदान किया जाता है।

स्थानांतरण आरएनए (टी-आरएनए) राइबोसोम के बड़े सबयूनिट में अमीनो एसिड को "लाते हैं"। टी-आरएनए अणु का एक जटिल विन्यास है। इसके कुछ भागों में पूरक न्यूक्लियोटाइड के बीच हाइड्रोजन बांड बनते हैं, और अणु तिपतिया घास के पत्ते के आकार का होता है। इसके शीर्ष पर मुक्त न्यूक्लियोटाइड्स (एंटीकोडोन) का एक त्रिक है, जो एक विशिष्ट अमीनो एसिड से मेल खाता है, और आधार इस अमीनो एसिड के लगाव की साइट के रूप में कार्य करता है (चित्र 1)।

चावल। एक। स्थानांतरण आरएनए की संरचना की योजना: 1 - हाइड्रोजन बांड; 2 - एंटिकोडन; 3 - अमीनो एसिड के लगाव का स्थान।

प्रत्येक टी-आरएनए केवल अपना स्वयं का अमीनो एसिड ले जा सकता है। टी-आरएनए विशेष एंजाइमों द्वारा सक्रिय होता है, इसके अमीनो एसिड को जोड़ता है और इसे राइबोसोम तक पहुंचाता है। राइबोसोम के अंदर किसी भी समय mRNA के केवल दो कोडन होते हैं। यदि टीआरएनए एंटिकोडन एमआरएनए कोडन का पूरक है, तो एमिनो एसिड के साथ टीआरएनए अस्थायी रूप से एमआरएनए से जुड़ा होता है। एक दूसरा टी-आरएनए दूसरे कोडन से जुड़ा होता है, जिसमें अपना स्वयं का अमीनो एसिड होता है। अमीनो एसिड राइबोसोम के बड़े सबयूनिट में कंधे से कंधा मिलाकर स्थित होते हैं, और एंजाइम की मदद से उनके बीच एक पेप्टाइड बॉन्ड स्थापित होता है। उसी समय, पहले अमीनो एसिड और उसके टी-आरएनए के बीच का बंधन टूट जाता है, और टी-आरएनए अगले अमीनो एसिड के बाद राइबोसोम छोड़ देता है। राइबोसोम एक त्रिक गति करता है और प्रक्रिया दोहराती है। इस प्रकार एक पॉलीपेप्टाइड अणु धीरे-धीरे बनता है, जिसमें अमीनो एसिड को उनके कोडिंग ट्रिपल (मैट्रिक्स संश्लेषण) (चित्र 2) के क्रम के अनुसार सख्त रूप से व्यवस्थित किया जाता है।

चावल। 2. प्रोटीन द्विसंश्लेषक योजना: 1 - एमआरएनए; 2 - राइबोसोम सबयूनिट्स; 3 - अमीनो एसिड के साथ टी-आरएनए; 4 - अमीनो एसिड के बिना टी-आरएनए; 5 - पॉलीपेप्टाइड; 6 - कोडन आई-आरएनए; 7- टीआरएनए एंटिकोडन।

एक राइबोसोम एक पूर्ण पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को संश्लेषित करने में सक्षम है। हालांकि, अक्सर कई राइबोसोम एक एमआरएनए अणु के साथ चलते हैं। ऐसे परिसरों को पॉलीराइबोसोम कहा जाता है। संश्लेषण के पूरा होने के बाद, पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला मैट्रिक्स से अलग हो जाती है - एमआरएनए अणु, एक सर्पिल में कुंडलित होता है और इसकी विशेषता (द्वितीयक, तृतीयक या चतुर्धातुक) संरचना प्राप्त करता है। राइबोसोम बहुत कुशलता से काम करते हैं: 1s के भीतर, एक जीवाणु राइबोसोम 20 अमीनो एसिड की एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला बनाता है।