تذكر ما هي مكونات البروتينات والأحماض النووية. ما هي الشفرة الوراثية؟ ما هو جوهر ردود الفعل التوليف المصفوفة؟ كيف يحدث تركيب الحمض النووي الريبي؟

البروتينات هي المادة العضوية الوحيدة في الخلية (باستثناء الأحماض النووية)، التي يتم تخليقها الحيوي تحت السيطرة المباشرة لجهازها الوراثي. يتم تجميع جزيئات البروتين نفسها في سيتوبلازم الخلية وهي عملية متعددة المراحل تتطلب شروطًا معينة وعددًا من المكونات.

شروط ومكونات التخليق الحيوي للبروتين.يعتمد التخليق الحيوي للبروتين على نشاط أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA). يعمل Messenger RNA (mRNA) كوسيط في نقل المعلومات حول البنية الأساسية للبروتين وكقالب لتجميعه. يحمل نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) الأحماض الأمينية إلى موقع التوليف ويضمن تسلسل اتصالاتها. الريبوسوم RNA (rRNA) هو جزء من الريبوسومات التي يتم تجميع سلسلة البولي ببتيد عليها. تسمى عملية تركيب سلسلة البولي ببتيد التي تتم على الريبوسوم بالترجمة (من الترجمة اللاتينية - النقل).

من أجل التخليق الحيوي المباشر للبروتين، يجب أن تكون المكونات التالية موجودة في الخلية:

1. messenger RNA (mRNA) - حامل المعلومات من الحمض النووي إلى موقع تجميع جزيء البروتين ؛
2. الريبوسومات - العضيات التي يحدث فيها التخليق الحيوي للبروتين نفسه؛
3. مجموعة من الأحماض الأمينية في السيتوبلازم.
4. نقل الحمض النووي الريبي (tRNAs)، وتشفير الأحماض الأمينية ونقلها إلى موقع التخليق الحيوي على الريبوسومات؛
5. الإنزيمات التي تحفز عملية التخليق الحيوي.
6. ATP هي المادة التي توفر الطاقة لجميع العمليات.

هيكل ووظائف الحمض الريبي النووي النقال.تشير عملية تخليق أي RNA - النسخ (من النسخ اللاتيني - إعادة الكتابة) - إلى تفاعلات المصفوفة (تم ذكر ذلك سابقًا). الآن دعونا نلقي نظرة على بنية نقل الحمض النووي الريبي (tRNA) وعملية تشفير الأحماض الأمينية.

RNAs الناقل عبارة عن جزيئات صغيرة تتكون من 70-90 نيوكليوتيدات. تكون جزيئات الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مطوية بطريقة معينة وتشبه في شكلها ورقة البرسيم (الشكل 62). هناك عدة حلقات في الجزيء. والأكثر أهمية هو الحلقة المركزية، التي تحتوي على الكودون المضاد. الكودون المضاد عبارة عن ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات في بنية tRNA والتي تكون مكملة لكودون حمض أميني محدد. بفضل الكودون المضاد الخاص به، يكون tRNA قادرًا على الارتباط بكودون mRNA.

أرز. 62. هيكل جزيء الحمض الريبي النووي النقال

في الطرف الآخر من جزيئات tRNA يوجد دائمًا ثلاثي من النيوكليوتيدات المتماثلة التي يرتبط بها الحمض الأميني. يتم التفاعل في وجود إنزيم خاص باستخدام طاقة ATP (الشكل 63).

أرز. 63. رد فعل إضافة حمض أميني إلى الحمض الريبي النووي النقال

تجميع سلسلة عديد الببتيد على الريبوسوم.يبدأ تجميع الحمض النووي بربط جزيء mRNA بالريبوسوم. وفقًا لمبدأ التكامل، يتم توصيل الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) مع الحمض الأميني الأول بواسطة مضاد الكودون بكودون mRNA المقابل ويدخل الريبوسوم. ينقل الحمض النووي الريبي المرسال ثلاثة توائم ويقدم الحمض النووي الريبوزي الناقل الجديد مع حمض أميني ثانٍ. يتحرك أول tRNA في الريبوسوم. تقترب الأحماض الأمينية من بعضها البعض وتظهر الرابطة الببتيدية بينها. ثم يتحرك mRNA مرة أخرى بمقدار ثلاثة توائم بالضبط. يتم إطلاق أول tRNA ويترك الريبوسوم. ينتقل الحمض الريبي النووي النقال الثاني الذي يحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية إلى مكانه، ويدخل الحمض الريبي النووي النقال التالي الذي يحتوي على الحمض الأميني الثالث إلى الريبوسوم (الشكل 64). يتم تكرار العملية برمتها مرارا وتكرارا. يقوم Messenger RNA، الذي يتحرك بالتتابع عبر الريبوسوم، بإدخال tRNA جديد مع حمض أميني في كل مرة ويزيل الحمض الذي تم إطلاقه. تنمو سلسلة البولي ببتيد تدريجيًا على الريبوسوم. يتم توفير العملية برمتها من خلال نشاط الإنزيمات وطاقة ATP.

أرز. 64. مخطط تجميع سلسلة الببتيد الكاملة في الريبوسوم: 1-4 مراحل متتالية

يتوقف تجميع سلسلة البولي ببتيد بمجرد دخول أحد أكواد التوقف الثلاثة إلى الريبوسوم. لا يوجد الحمض الريبي النووي النقال المرتبط بهم. يتم إطلاق آخر tRNA وسلسلة البولي ببتيد المجمعة، ويتم إزالة الريبوسوم من mRNA. تخضع سلسلة البولي ببتيد بعد ذلك لتغيرات هيكلية وتصبح بروتينًا. اكتمل التخليق الحيوي للبروتين.

تستغرق عملية تجميع جزيء بروتين واحد في المتوسط ​​من 20 إلى 500 ثانية وتعتمد على طول سلسلة البولي ببتيد. على سبيل المثال، يتم تصنيع بروتين مكون من 300 حمض أميني في حوالي 15-20 ثانية. البروتينات متنوعة للغاية من الناحية الهيكلية والوظيفية. وهي تحدد تطور سمة أو أخرى من سمات الكائن الحي، والتي هي أساس خصوصية وعدم تجانس الكائنات الحية.

تحقيق المعلومات الوراثية في الخلية.يتم تنفيذ المعلومات الوراثية في الكائنات الحية من خلال تفاعلات تركيب المصفوفة التي تحدث في الخلية (الشكل 65).

أرز. 65. تنفيذ البرنامج الوراثي في ​​الخلية: 1 - النسخ. 2 - تفاعل إضافة الأحماض الأمينية. 3 - البث. 4 - الحمض النووي. 5 - رسول الحمض النووي الريبي. 6 - نقل الحمض النووي الريبي. 7 - حمض أميني. 8 - الريبوسوم. 9- البروتين المركب

يؤدي التكرار إلى بناء جزيئات الحمض النووي الجديدة، وهو أمر ضروري للنسخ الدقيق للجينات ونقلها إلى الخلايا الوليدة من الأم أثناء الانقسام. يرتبط التخليق الحيوي للبروتين أيضًا بالشفرة الوراثية والجينات. من خلال تفاعلات النسخ والترجمة، التي تتطلب الحمض النووي الريبي (RNA) والأحماض الأمينية والريبوسومات والإنزيمات وATP، يتم تصنيع بروتينات معينة في الخلية. إنهم يحددون سماتها المميزة، لأنه أولا وقبل كل شيء، أثناء عملية التخليق الحيوي، يحدث تجميع بروتينات الإنزيم المسؤولة عن مسار التفاعلات الحيوية في الخلية.

يعد التخليق الحيوي للبروتين جزءًا من عملية تنفيذ البرنامج الجيني للخلية والكائن الحي بأكمله. هذه العملية، مثل تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) وتكرار الحمض النووي (DNA)، هي تفاعل تخليق القالب. ولكن على عكس التفاعلين الأخيرين، يحدث التخليق الحيوي للبروتين على المستوى العضوي الخلوي لتنظيم الكائنات الحية.

تمارين تعتمد على المادة المغطاة

1. ما هي الشروط اللازمة لتخليق البروتين الحيوي في الخلية؟
2. اشرح كيفية إضافة الأحماض الأمينية إلى جزيئات tRNA.
3. ما هي أجزاء جزيء tRNA التي تحدد موضع الحمض الأميني في سلسلة البولي ببتيد؟
4. لماذا من الضروري نسخ المعلومات الوراثية بدقة أثناء عملية التخليق الحيوي للبروتين؟ وما هي ردود الفعل التي تضمن تنفيذه؟
5. كيف تتجمع سلسلة البولي ببتيد على الريبوسوم؟
6. ما هو الفرق الرئيسي بين تفاعلات تخليق المصفوفة وتفاعلات التشتت والتمثيل الضوئي؟ برر جوابك.

حتى منتصف الخمسينيات. كان يعتقد أن الميكروسومات هي مركز تخليق البروتين. في وقت لاحق، وجد أنه ليس كل الميكروسومات تشارك في التخليق الحيوي، ولكن فقط مجمعات البروتين النووي الريبي، والتي أطلق عليها ر. روبرتسون الريبوسومات. عالم الكيمياء الحيوية المحلي أ.س. قام سبيرين في عام 1963 بعزل وحدتين فرعيتين من الريبوسوم وأنشأ هيكلهما. إن اكتشاف polysome في الخلايا، وهو هيكل يتكون من 5-70 ريبوسوم، سمح لـ J. Watson باقتراح أن تخليق البروتين يحدث في وقت واحد على العديد من الريبوسومات المرتبطة بالـ mRNA. كشفت تجارب أخرى عن آلية الترجمة بأكملها.

مخطط المحاضرة:

1. النسخ.

2. مفهوم التكامل.

3. البث.

4. تركيب المصفوفة.

المواد العضوية الأكثر تعقيدا في الخلية هي البروتينات. خلال حياة الخلية، فإنها تتشوه، ويتم تغيير طبيعتها، ويتم إنشاء خلايا جديدة لتحل محلها. وبالتالي، يحدث التخليق الحيوي للبروتين باستمرار - ففي كل دقيقة تقوم الخلية بتصنيع عدة آلاف من جزيئات البروتين الجديدة. يتكون تركيب البروتين من عدة مراحل.

النسخ– يحدث تخليق البروتين بمشاركة الحمض النووي، لأنه في جزيء الحمض النووي يتم كتابة بنية البروتين، أي ترتيب معين لترتيب الأحماض الأمينية. يسمى الجزء من جزيء الحمض النووي الذي يحمل معلومات حول بنية البروتين الفردي الجينوم.

مع DNA، يتم نقل المعلومات حول بنية البروتين الذي يتم إنشاؤه إلى حمض نووي آخر - RNA. وبالتالي، فإن الحمض النووي هو المصفوفة التي توفر "صب" المصدر الأصلي على جزيء الحمض النووي الريبي. لكن الحمض النووي الريبوزي (RNA) لا يقوم فقط بنسخ بنية البروتين الذي يتم إنشاؤه، ولكنه ينقل أيضًا هذه المعلومات من نواة الخلية إلى الريبوسومات. يُسمى هذا النوع من الحمض النووي الريبي messenger RNA ويمكن أن يحتوي على عدة آلاف من النيوكليوتيدات. تسمى عملية نسخ المعلومات من DNA إلى RNA النسخ.

إذا كان لكل حمض أميني (يوجد 20 حمضًا) "حرفًا" خاصًا به، أي نيوكليوتيدات الحمض النووي الخاصة به، فسيكون كل شيء بسيطًا: سيتم نسخ حمض أميني معين من نيوكليوتيداته. ولكن هناك 4 نيوكليوتيدات فقط، وهذا يعني أنه يمكن نسخ 4 أحماض أمينية فقط على الحمض النووي الريبي الخلوي. ولم يتمكن الـ 16 الباقون من تنفيذ هذه العملية. لذلك اخترعت الطبيعة آلية أخرى لنقل المعلومات - باستخدام رمز خاص.

يتكون رمز الحمض النووي، الذي اخترعته الطبيعة في عملية التطور، من 3 "أحرف" - 3 نيوكليوتيدات. وبالتالي، فإن كل حمض أميني لا يتوافق مع نيوكليوتيد واحد، بل يتوافق مع مجموعة معينة من 3 نيوكليوتيدات، والتي تسمى "ثلاثية".

على سبيل المثال: يتم ترميز الحمض الأميني "فالين" بواسطة تسلسل النيوكليوتيدات التالي - C-A-A (السيتوزين - الأدينين - الأدينين). حمض أميني ليوسين - A-A-C (أدينين - أدنين - سيتوزين). لذلك، إذا كان ترتيب النيوكليوتيدات في جزء معين من الحمض النووي هو: C-A-A-A-C-A-A-C-G-G-G، فمن خلال تقسيم هذه السلسلة إلى ثلاثة توائم - "ثلاثية"، من الممكن فك رموز الأحماض الأمينية المشفرة - فالين - السيستين - الليوسين - البرولين.

من أجل نقل المعلومات من DNA إلى RNA، من الضروري ضبط أجهزة الإرسال والاستقبال على نفس الطول الموجي بواسطة التكامل. وهذا يعني أن نيوكليوتيدات الحمض النووي المحددة يجب أن تتوافق مع نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي المحددة. على سبيل المثال: إذا كان هناك نيوكليوتيد G (جوانين) في مكان واحد من سلسلة الحمض النووي، فيجب أن يكون النوكليوتيد C (السيتوزين) موجودًا مقابله في سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA).

وبالتالي، ووفقاً لمبدأ التكامل، سيتم ترتيب نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA) على النحو التالي: ز(الحمض النووي)- ج(الحمض النووي الريبي)، ج(الحمض النووي)- ز(الحمض النووي الريبي)، أ(الحمض النووي)- ش(الحمض النووي الريبي)، ت(الحمض النووي)- أ( RNA) (يو-يوريديل، تي-ثيميديل). وبالتالي، فإن نفس الحمض الأميني - البرولين في جزيء الحمض النووي يُكتب على شكل ثلاثي G-G-G، وبعد نسخه على الحمض النووي يتم ترميزه على شكل ثلاثي CC-C.

إذاعة. المرحلة التالية هي أن جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الخلوية تترك النواة وتدخل السيتوبلازم، حيث تتلامس مع الريبوسومات. يتم أيضًا إرسال مادة بناء الخلية إلى الريبوسومات - الأحماض الأمينية، والتي يتم تجميع جزيئات البروتين منها وفقًا لرمز الحمض النووي الريبي (RNA) الخلوي. يتم نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات بواسطة نوع خاص من الحمض النووي الريبي (RNA) - ينقل. يتكون جزيئه من سلاسل مفردة قصيرة من النيوكليوتيدات. كل من الأحماض الأمينية العشرين له RNA الناقل الخاص به، وجزيء RNA الناقل محدد بدقة. قبل المشاركة مباشرة في تجميع جزيء البروتين، يتم شحن الحمض الأميني بواسطة ATP. يتم توفير هذه الطاقة عن طريق الميتوكوندريا. يتم إرسال الأحماض الأمينية المشحونة بالطاقة، مصحوبة بنقل الحمض النووي الريبي (RNA)، إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق البروتين.

تتكون الريبوسومات من فصين غير متساويين، يتم من خلالهما سحب جزيء الحمض النووي الريبي الناقل، كما هو الحال من خلال الخرزة. يمكن أيضًا مقارنة هذه العملية بمرور شريط مغناطيسي عبر رأس الالتقاط، فقط الحمض النووي الريبي (RNA) لا ينزلق بسلاسة، ولكن بخطوات صغيرة.

وبالتالي، هناك 3 أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA) - الرسول والنقل والريبوسوم - وهذا الأخير جزء من الريبوسومات.

عند تجميع جزيئات البروتين، تستخدم الطبيعة هذا المبدأ توليف المصفوفةللتأكد من أن جزيئات البروتين التي تم إنشاؤها تتطابق بشكل وثيق مع التصميم الموضوع في بنية الجزيء الموجود.

من الناحية التخطيطية، يمكن تمثيل العملية برمتها على النحو التالي: الحمض النووي الريبي (RNA) الخيطي مرصع بأجسام مستديرة الشكل. هذه هي الريبوسومات. 1 الريبوسوم، معلقة على الخيط من الطرف الأيسر، يبدأ تخليق البروتين. وأثناء تحركه على طول شريط الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يتم تجميع جزيء البروتين. ثم 2، 3... تأتي على الخيط ويقوم كل منها بتجميع البروتين الخاص به، والذي يتم تحديده بواسطة المصفوفة. وفي الوقت نفسه، يتلقى كل ريبوسوم يتحرك على طول شريط الحمض النووي الريبوزي (RNA) أحماض أمينية مصحوبة بنقل الحمض النووي الريبي (RNA). في هذه الحالة، يتم إضافة فقط الحمض الأميني الذي (وفقا للتكامل) يتوافق مع رمز جزيء الحمض النووي.

هذه العملية تسمى إذاعة. يحدث اتصال الأحماض الأمينية مع بعضها البعض تحت تأثير الإنزيمات. عندما يصبح جزيء البروتين جاهزًا، يقفز الريبوسوم من شريط الحمض النووي الريبي (RNA) ويتم تحريره لتجميع جزيء جديد. ينتقل جزيء البروتين النهائي إلى الجزء المطلوب من الخلية. عملية تجميع جزيء البروتين سريعة جدًا - ففي ربع ثانية يتكون جزيء بروتين يتكون من 146 حمضًا أمينيًا.

يدخل برنامج تجميع جزيء البروتين إلى الريبوسومات على شكل RNA الرسول. "مواد البناء" - يتم تسليم الأحماض الأمينية إلى موقع تجميع الحمض النووي الريبي (RNA) الناقل. يضمن مبدأ المصفوفة بناء جزيء البروتين، والذي تم تحديده مسبقًا بواسطة الحمض النووي. ينطوي إنتاج البروتين على إنفاق الطاقة ويتم بمشاركة الإنزيمات. يتم توفير الطاقة عن طريق الميتوكوندريا، وحاملها هو المادة الغنية بالطاقة ATP.

أسئلة للدراسة الذاتية:

1. وظائف البروتين في الخلية.

2. مراحل التخليق الحيوي للبروتين.

3. الحمض النووي: موقعه في الخلية، ودوره في التخليق الحيوي للبروتين.

4. أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) ووظائفها.

5. النسخ ومشاركة الحمض النووي والحمض النووي الريبي.

6. الترجمة، دور الريبوسومات.

7. مفهوم التكامل.

توجد معلومات حول البنية الأساسية لجزيء البروتين في الحمض النووي الموجود في نواة الخلية حقيقية النواة. يمكن لسلسلة أو شريط واحد من الحمض النووي أن يحتوي على معلومات حول العديد من البروتينات. الجين هو جزء (جزء) من الحمض النووي يحمل معلومات حول بنية بروتين واحد. يحتوي جزيء الحمض النووي على رمز لتسلسل الأحماض الأمينية في البروتين على شكل تسلسل محدد من النيوكليوتيدات. في هذه الحالة، يتوافق كل حمض أميني في جزيء البروتين المستقبلي مع قسم من ثلاث نيوكليوتيدات (ثلاثية) في جزيء الحمض النووي.

عملية التخليق الحيوي للبروتينيتضمن سلسلة من الأحداث المتسلسلة:

تضاعف الحمض النووي (في نواة الخلية) النسخرسول RNA (في السيتوبلازم بمساعدة الريبوسومات) يترجم البروتين

يحدث تخليق Messenger RNA (mRNA) في النواة. ويتم تنفيذها على طول أحد خيوط الحمض النووي بمساعدة الإنزيمات مع مراعاة مبدأ تكامل القواعد النيتروجينية. تسمى عملية إعادة كتابة المعلومات الموجودة في جينات الحمض النووي إلى جزيء mRNA مركب النسخ. من الواضح أن المعلومات يتم نسخها على شكل تسلسل من نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي (RNA). يعمل شريط الحمض النووي في هذه الحالة كقالب. في عملية تكوينه، يتضمن جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) اليوراسيا بدلا من قاعدة الثايمين النيتروجينية.

G - C - A - A - C - T – جزء من إحدى سلاسل جزيء الحمض النووي
- C - G - U - U - G - A - جزء من جزيء الحمض النووي الريبي المرسال.

جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) فردية، كل منها يحمل معلومات حول جين واحد. بعد ذلك، تترك جزيئات mRNA نواة الخلية عبر مسام الغشاء النووي ويتم توجيهها إلى السيتوبلازم إلى الريبوسومات. يتم أيضًا تسليم الأحماض الأمينية هنا باستخدام نقل الحمض النووي الريبي (tRNA). يتكون جزيء tRNA من 70-80 نيوكليوتيدات. المظهر العام للجزيء يشبه ورقة البرسيم.

يوجد في "الأعلى" أتيكودون (رمز ثلاثي من النيوكليوتيدات)، والذي يتوافق مع حمض أميني محدد. لذلك، لكل حمض أميني هناك tRNA خاص به. تحدث عملية تجميع جزيء البروتين في الريبوسومات وتسمى إذاعة. توجد العديد من الريبوسومات بالتتابع على جزيء mRNA واحد. يمكن للمركز الوظيفي لكل ريبوسوم أن يستوعب ثلاثة توائم من mRNA. يتوافق الكود الثلاثي للنيوكليوتيدات - وهو جزيء t-RNA الذي اقترب من موقع تخليق البروتين، مع ثلاثة توائم من نيوكليوتيدات i-RNA الموجودة حاليًا في المركز الوظيفي للريبوسوم. ثم يأخذ الريبوسوم على طول سلسلة mRNA خطوة تساوي ثلاثة نيوكليوتيدات. ينفصل عن t-RNA ويصبح سلسلة من مونومرات البروتين. يتحرك t-RNA المنطلق إلى الجانب وبعد مرور بعض الوقت يمكنه الاتصال مرة أخرى بحمض معين، والذي سيتم نقله إلى الموقع تخليق البروتين. وبالتالي، فإن تسلسل النيوكليوتيدات في ثلاثية الحمض النووي يتوافق مع تسلسل النيوكليوتيدات في ثلاثية الحمض النووي الريبوزي المرسال.

في العملية المعقدة للتخليق الحيوي للبروتين، يتم تحقيق وظائف العديد من المواد والعضيات الخلوية.

التخليق الحيوي للبروتين

التخليق الحيوي للبروتين

في عملية التمثيل الغذائي في الجسم، الدور الرائد ينتمي إلى البروتينات والأحماض النووية. تشكل المواد البروتينية أساس جميع الهياكل الحيوية للخلية، فهي جزء من السيتوبلازم. تتمتع البروتينات بتفاعلية عالية بشكل غير عادي. وهي تتمتع بوظائف تحفيزية، أي أنها إنزيمات، وبالتالي تحدد البروتينات الاتجاه والسرعة والتنسيق الوثيق والاقتران لجميع التفاعلات الأيضية.

ويرتبط الدور الرائد للبروتينات في ظواهر الحياة بثراء وتنوع وظائفها الكيميائية، مع قدرتها الاستثنائية على مختلف التحولات والتفاعلات مع المواد الأخرى البسيطة والمعقدة التي يتكون منها السيتوبلازم.

الأحماض النووية هي جزء من أهم عضو في الخلية - النواة، وكذلك السيتوبلازم، والريبوسومات، والميتوكوندريا، وما إلى ذلك. تلعب الأحماض النووية دورًا أساسيًا مهمًا في الوراثة، وتقلب الجسم، وتخليق البروتين.

عملية تخليق البروتين هي عملية معقدة للغاية ومتعددة الخطوات. يحدث في عضيات خاصة - الريبوسومات. تحتوي الخلية على عدد كبير من الريبوسومات. على سبيل المثال، تحتوي الإشريكية القولونية على حوالي 20.000 منها.

كيف يحدث تخليق البروتين في الريبوسومات؟

جزيئات البروتين هي في الأساس سلاسل متعددة الببتيد تتكون من أحماض أمينية فردية. لكن الأحماض الأمينية ليست نشطة بما يكفي لتتحد مع بعضها البعض بمفردها. لذلك، قبل أن تتواصل مع بعضها البعض وتشكل جزيء البروتين، يجب تنشيط الأحماض الأمينية. يحدث هذا التنشيط تحت تأثير إنزيمات خاصة. علاوة على ذلك، فإن كل حمض أميني لديه إنزيم خاص به تم ضبطه خصيصًا له.

مصدر الطاقة لهذا (كما هو الحال بالنسبة للعديد من العمليات في الخلية) هو أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

نتيجة للتنشيط، يصبح الحمض الأميني أكثر قابلية للتغيير، وتحت تأثير نفس الإنزيم، يرتبط بـ t-RNA.

من المهم أن يتوافق كل حمض أميني مع الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) المحدد بدقة. تجد الحمض الأميني "الخاص بها" وتنقله إلى الريبوسوم. ولذلك، يسمى هذا الحمض النووي الريبي النقل الحمض النووي الريبي.

ونتيجة لذلك، تدخل العديد من الأحماض الأمينية المنشطة إلى الريبوسوم، وتتصل بالـ tRNA الخاص بها. يشبه الريبوسوم الناقل لتجميع سلسلة البروتين من الأحماض الأمينية المختلفة التي تدخله (الشكل 13 أ و ب).

,

السؤال الذي يطرح نفسه: ما الذي يحدد ترتيب ارتباط الأحماض الأمينية الفردية ببعضها البعض؟ بعد كل شيء، هذا الترتيب هو الذي يحدد البروتين الذي سيتم تصنيعه في الريبوسوم، لأن خصوصيته تعتمد على ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين. تحتوي الخلية على أكثر من 2000 بروتين محدد ذات بنية وخصائص مختلفة.

اتضح أنه في نفس الوقت مع t-RNA، الذي "يجلس" عليه حمضه الأميني، يتلقى الريبوسوم "إشارة" من الحمض النووي الموجود في النواة. وفقًا لهذه الإشارة، يتم تصنيع هذا البروتين أو ذاك أو هذا الإنزيم أو ذاك في الريبوسوم (نظرًا لأن الإنزيمات عبارة عن بروتينات).

لا يتم التأثير المباشر للحمض النووي على تخليق البروتين بشكل مباشر، ولكن بمساعدة وسيط خاص، وهو ذلك الشكل من الحمض النووي الريبي (RNA)، والذي يسمى messenger أو messenger RNA (m-RNA أو i-RNA).

يتم تصنيع Messenger RNA في النواة تحت تأثير DNA، لذا فإن تركيبه يعكس تكوين DNA. يشبه جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) قالبًا من شكل الحمض النووي (DNA).

يدخل الرنا المرسال المركب إلى الريبوسوم وينقل إلى هذا الهيكل خطة - في أي ترتيب يجب أن ترتبط الأحماض الأمينية المنشطة التي تدخل الريبوسوم ببعضها البعض من أجل تصنيع بروتين معين. وبخلاف ذلك، يتم نقل المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي إلى mRNA ومن ثم إلى البروتين.

يدخل جزيء الحمض النووي الريبي المرسال إلى الريبوسوم ويقوم بخياطته. هذا الجزء منه الموجود حاليًا في الريبوسوم، والذي تم تحديده بواسطة كودون (ثلاثي)، يتفاعل بشكل محدد تمامًا مع ثلاثي مشابه له من الناحية الهيكلية (مضاد الكودون) في الحمض النووي الريبي الناقل، الذي جلب الحمض الأميني إلى الريبوسوم. يقترب نقل الحمض النووي الريبي (RNA) مع حمضه الأميني من كودون محدد من mRNA ويتصل به؛ تتم إضافة t-RNA آخر بحمض أميني مختلف إلى القسم المجاور التالي من i-RNA، وهكذا، حتى تتم قراءة سلسلة i-RNA بأكملها وحتى يتم تقليل جميع الأحماض الأمينية بالترتيب المناسب، مما يشكل جزيء البروتين. والـ tRNA، الذي أوصل الحمض الأميني إلى جزء معين من سلسلة البوليببتيد، يتحرر من حمضه الأميني ويخرج من الريبوسوم. ثم، مرة أخرى في السيتوبلازم، يمكن للحمض الأميني المطلوب الانضمام إليه ونقله مرة أخرى إلى الريبوسوم. في عملية تخليق البروتين، لا تشارك واحدة، ولكن العديد من الريبوسومات - polyribosomes - في وقت واحد.

المراحل الرئيسية لنقل المعلومات الوراثية: التوليف على الحمض النووي كمصفوفة من i-RNA (النسخ) والتوليف في ريبوسومات سلسلة متعددة الببتيد وفقًا للبرنامج الموجود في i-RNA (الترجمة)، هي عالمية لجميع الكائنات الحية . ومع ذلك، فإن العلاقات الزمانية والمكانية لهذه العمليات تختلف بين الكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى.

في الكائنات الحية ذات النواة الدائمة (الحيوانات والنباتات)، يتم الفصل بين النسخ والترجمة بشكل صارم في المكان والزمان: يحدث تخليق العديد من RNAs في النواة، وبعد ذلك يجب أن تترك جزيئات RNA النواة، مروراً بالغشاء النووي (الشكل 1). 13 أ) . يتم بعد ذلك نقل RNAs في السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين - الريبوسومات. فقط بعد ذلك تبدأ المرحلة التالية - البث.

في البكتيريا، التي لا يتم فصل المادة النووية فيها عن السيتوبلازم بواسطة غشاء، يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد (الشكل 13 ب).

تم بناء المخططات الحديثة التي توضح عمل الجينات على أساس التحليل المنطقي للبيانات التجريبية التي تم الحصول عليها باستخدام الطرق الكيميائية الحيوية والوراثية. يتيح استخدام الأساليب المجهرية الإلكترونية الدقيقة رؤية عمل الجهاز الوراثي للخلية حرفيًا. في الآونة الأخيرة، تم الحصول على صور مجهرية إلكترونية، والتي توضح كيف أنه في مصفوفة الحمض النووي البكتيري، في تلك المناطق التي ترتبط فيها جزيئات بوليميراز الحمض النووي الريبي (الإنزيم الذي يحفز نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي) بالحمض النووي، يحدث تخليق جزيئات الرنا المرسال . خيوط mRNA، المتوضعة بشكل عمودي على جزيء DNA الخطي، تتحرك على طول المصفوفة وتزداد في الطول. ومع استطالة خيوط الحمض النووي الريبوزي (RNA)، تنضم إليها الريبوسومات، والتي بدورها تتحرك على طول شريط الحمض النووي الريبي (RNA) باتجاه الحمض النووي (DNA) وتؤدي إلى تخليق البروتين.

ويترتب على كل ما قيل أن مكان تخليق البروتينات وجميع الإنزيمات في الخلية هو الريبوسومات. بالمعنى المجازي، هذه مثل "مصانع" البروتين، مثل ورشة التجميع، حيث يتم توفير جميع المواد اللازمة لتجميع سلسلة البولي ببتيد من البروتين والأحماض الأمينية. تعتمد طبيعة البروتين المركب على بنية i-RNA، وعلى ترتيب ترتيب النيوكلويدات فيه، ويعكس هيكل i-RNA بنية الحمض النووي، بحيث يكون في النهاية البنية المحددة للبروتين، أي: يعتمد ترتيب ترتيب الأحماض الأمينية المختلفة فيه على ترتيب ترتيب النيوكلويدات في الحمض النووي، وعلى بنية الحمض النووي.

تسمى النظرية المقدمة للتخليق الحيوي للبروتين بنظرية المصفوفة. تسمى هذه النظرية بالمصفوفة لأن الأحماض النووية تلعب دور المصفوفات التي يتم فيها تسجيل جميع المعلومات المتعلقة بتسلسل بقايا الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

يعد إنشاء نظرية مصفوفة للتخليق الحيوي للبروتين وفك رموز الأحماض الأمينية أكبر إنجاز علمي في القرن العشرين، وأهم خطوة نحو توضيح الآلية الجزيئية للوراثة.

حياة النباتات: في 6 مجلدات. - م: التنوير. حرره أ. ل. تختادجيان، رئيس التحرير، العضو المقابل. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، البروفيسور. أ.أ. فيدوروف. 1974 .

انظر ما هو "التخليق الحيوي للبروتين" في القواميس الأخرى:

مخطط تخليق البروتين بواسطة الريبوسوم التخليق الحيوي للبروتين هو عملية معقدة متعددة المراحل لتخليق سلسلة متعددة الببتيد من ... ويكيبيديا

مجموعة من تفاعلات بلمرة الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد لجزيء البروتين، والتي تحدث في الخلايا الموجودة على عضيات متخصصة، الريبوسومات؛ انتهاك ب. ب. يسبب العديد من الأمراض التي تصيب الإنسان والحيوان والنبات.. قاموس طبي كبير

عملية تصنيع المركبات العضوية الطبيعية بواسطة الكائنات الحية. مسار التخليق الحيوي للمركب هو سلسلة من التفاعلات التي تؤدي إلى تكوين هذا المركب، وعادة ما يكون إنزيميًا (محددًا وراثيًا)، ولكن في بعض الأحيان... ... ويكيبيديا

- [شاي؛ م-تكوين المواد العضوية المختلفة في الكائنات الحية. ب. السنجاب. آلية التخليق الحيوي. * * * التخليق الحيوي - تكوين المواد الضرورية للجسم في الخلايا الحية بمشاركة المحفزات الحيوية الإنزيمية. عادة نتيجة... القاموس الموسوعي

التخليق الحيوي- (شاي؛ م-تكوين المواد العضوية المختلفة في الكائنات الحية. البروتين الحيوي / ntesis. آلية التخليق الحيوي... قاموس العديد من التعبيرات

التخليق الحيوي للريبوسوم- * التخليق الحيوي للفيشوسومال * التخليق الحيوي للريبوسوم وهو تجميع جزيئات الريبوسوم من مكونات الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين. في حقيقيات النوى وبدائيات النوى، يتم تنسيقه بحيث لا يتراكم البروتين الزائد ولا الأحماض النووية الزائدة. تقوم الإشريكية القولونية بتخليق البروتين ... ... علم الوراثة. القاموس الموسوعي

ولهذا المصطلح معاني أخرى، انظر البروتينات (المعاني). البروتينات (البروتينات، البوليببتيدات) هي مواد عضوية عالية الجزيئية تتكون من أحماض ألفا أمينية متصلة في سلسلة بواسطة رابطة الببتيد. في الكائنات الحية... ... ويكيبيديا

بلورات من البروتينات المختلفة التي تمت زراعتها في محطة مير الفضائية وأثناء الرحلات المكوكية لوكالة ناسا. تشكل البروتينات عالية النقاء بلورات عند درجات حرارة منخفضة، والتي تستخدم للحصول على نموذج للبروتين. البروتينات (البروتينات، ... ... ويكيبيديا

السناجب (Sciurus) هي جنس من الثدييات من فصيلة السناجب من رتبة القوارض. موزعة في غابات أوروبا وآسيا وأمريكا. حوالي 50 نوعا. تتكيف مع نمط الحياة الشجري. يصل طول الجسم إلى 28 سم، والفراء عادة ما يكون سميكاً وبعضه رقيق.… ... الموسوعة السوفيتية الكبرى

التخليق الحيوي للبروتين والشفرة الوراثية

التعريف 1

التخليق الحيوي للبروتين– العملية الأنزيمية لتخليق البروتين في الخلية. أنها تنطوي على ثلاثة عناصر هيكلية للخلية - النواة، السيتوبلازم، والريبوسومات.

في نواة الخلية، تقوم جزيئات الحمض النووي بتخزين معلومات حول جميع البروتينات التي يتم تصنيعها فيها، مشفرة باستخدام رمز مكون من أربعة أحرف.

التعريف 2

الكود الجينيهو تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي، والذي يحدد تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين.

خصائص الشفرة الوراثية هي كما يلي:

الشفرة الوراثية ثلاثية، أي أن كل حمض أميني له كود ثلاثي خاص به ( كودون)، وتتكون من ثلاث نيوكليوتيدات متجاورة.

مثال 1

يتم تشفير الحمض الأميني السيستين بواسطة الثلاثي A-C-A، فالين - بواسطة الثلاثي C-A-A.

لا يتداخل الكود، أي أن النوكليوتيدات لا يمكن أن تكون جزءًا من ثلاثة توائم متجاورة.

الكود منحط، أي أنه يمكن تشفير حمض أميني واحد بواسطة عدة توائم ثلاثية.

مثال 2

يتم ترميز الحمض الأميني تيروزين بواسطة ثلاثة توائم.

لا يحتوي الكود على فواصل (علامات فاصلة)، تتم قراءة المعلومات في ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات.

التعريف 3

الجين – قسم من جزيء DNA يتميز بتسلسل محدد من النيوكليوتيدات ويحدد تركيب سلسلة واحدة من عديد الببتيد.

الكود عالمي، أي هو نفسه بالنسبة لجميع الكائنات الحية - من البكتيريا إلى البشر. تحتوي جميع الكائنات الحية على نفس الأحماض الأمينية العشرين، والتي يتم تشفيرها بواسطة نفس الثلاثة توائم.

مراحل التخليق الحيوي للبروتين: النسخ والترجمة

يتم ترميز بنية أي جزيء بروتين في الحمض النووي، الذي لا يشارك بشكل مباشر في تركيبه. إنه يخدم فقط كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA).

تحدث عملية التخليق الحيوي للبروتين على الريبوسومات، التي تقع بشكل أساسي في السيتوبلازم. وهذا يعني أنه من أجل نقل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى موقع تخليق البروتين، هناك حاجة إلى وسيط. يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة mRNA.

التعريف 4

تسمى عملية تركيب جزيء mRNA على شريط واحد من جزيء DNA على أساس مبدأ التكامل النسخ، أو إعادة الكتابة.

يحدث النسخ في نواة الخلية.

يتم تنفيذ عملية النسخ في وقت واحد ليس على جزيء الحمض النووي بأكمله، ولكن فقط على جزء صغير منه، والذي يتوافق مع جين معين. في هذه الحالة، يتم فك جزء من الحلزون المزدوج للحمض النووي وينكشف جزء قصير من إحدى السلاسل - الآن سيكون بمثابة قالب لتوليف mRNA.

ثم يتحرك إنزيم بوليميراز RNA على طول هذه السلسلة، ويربط النيوكليوتيدات في سلسلة mRNA، التي تستطيل.

ملاحظة 2

يمكن أن يحدث النسخ في وقت واحد على عدة جينات على نفس الكروموسوم وعلى جينات على كروموسومات مختلفة.

يحتوي mRNA الناتج على تسلسل نيوكليوتيد يمثل نسخة طبق الأصل من تسلسل النيوكليوتيدات الموجود في القالب.

ملاحظة 3

إذا كان جزيء DNA يحتوي على قاعدة السيتوزين النيتروجينية، فإن mRNA يحتوي على الجوانين والعكس صحيح. الزوج التكميلي في الحمض النووي هو الأدينين - الثايمين، ويحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على اليوراسيل بدلاً من الثيمين.

يتم أيضًا تصنيع نوعين آخرين من الحمض النووي الريبي (RNA) على جينات خاصة - الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) والرنا الريباسي الريباسي (rRNA).

يتم تحديد بداية ونهاية تخليق جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب الحمض النووي بشكل صارم بواسطة ثلاثة توائم خاصة تتحكم في بداية (بدء) وإيقاف (نهاية) التوليف. وهي بمثابة "علامات فاصلة" بين الجينات.

يحدث اتحاد الحمض الريبي النووي النقال مع الأحماض الأمينية في السيتوبلازم. يتشكل جزيء tRNA على شكل ورقة البرسيم، مع مضاد الكودون– ثلاثية من النيوكليوتيدات التي تشفر الحمض الأميني الذي يحمله هذا الحمض الريبي النووي النقال.

هناك العديد من أنواع الأحماض الأمينية مثل عدد الحمض الريبي النووي النقال.

ملاحظة 4

نظرًا لأنه يمكن تشفير العديد من الأحماض الأمينية بواسطة عدة توائم ثلاثية، فإن عدد الحمض الريبي النووي النقال يزيد عن 20 (حوالي 60 حمضًا نوويًا نوويًا معروفًا).

يحدث اتصال الحمض الريبي النووي النقال مع الأحماض الأمينية بمشاركة الإنزيمات. تقوم جزيئات الحمض الريبي النووي النقال بنقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات.

التعريف 5

إذاعةهي عملية يتم من خلالها تسجيل المعلومات حول بنية البروتين في mRNA كتسلسل من النيوكليوتيدات، ويتم تنفيذها كسلسلة من الأحماض الأمينية في جزيء البروتين الذي يتم تصنيعه.

تتم هذه العملية في الريبوسومات.

أولاً، يرتبط mRNA بالريبوسوم. الريبوسوم الأول، الذي يصنع البروتين، "معلق" على mRNA. عندما يتحرك الريبوسوم إلى نهاية mRNA الذي أصبح حرًا، يتم "ربط" ريبوسوم جديد. يمكن أن يحتوي mRNA الواحد في نفس الوقت على أكثر من 80 ريبوسومًا تقوم بتصنيع نفس البروتين. تسمى هذه المجموعة من الريبوسومات المرتبطة بـ mRNA واحد متعدد الريبوسوم، أو متعدد الجسيمات. لا يتم تحديد نوع البروتين الذي يتم تصنيعه بواسطة الريبوسوم، ولكن من خلال المعلومات المسجلة على mRNA. نفس الريبوسوم قادر على تصنيع بروتينات مختلفة. بعد اكتمال تخليق البروتين، يتم فصل الريبوسوم عن mRNA، ويدخل البروتين إلى الشبكة الإندوبلازمية.

يتكون كل ريبوسوم من وحدتين فرعيتين - صغيرة وكبيرة. يرتبط جزيء mRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة. يوجد في موقع الاتصال بين الريبوسوم وiRNA 6 نيوكليوتيدات (2 ثلاثة توائم). يتم الاقتراب من أحدهما باستمرار من السيتوبلازم بواسطة الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) مع أحماض أمينية مختلفة ويلامس الكودون المضاد لكودون mRNA. إذا تبين أن الكودون وثلاثية الكودون المضاد متكاملتان، فستحدث رابطة الببتيد بين الحمض الأميني للجزء المُصنَّع بالفعل من البروتين والحمض الأميني الذي يتم تسليمه بواسطة الحمض الريبي النووي النقال. يتم دمج الأحماض الأمينية في جزيء البروتين بمشاركة إنزيم سينثيتيز. يتخلى جزيء tRNA عن الحمض الأميني وينتقل إلى السيتوبلازم، ويحرك الريبوسوم ثلاثة أضعاف النيوكليوتيدات. هذه هي الطريقة التي يتم بها تصنيع سلسلة البولي ببتيد بالتسلسل. يستمر كل هذا حتى يصل الريبوسوم إلى أحد أكواد التوقف الثلاثة: UAA أو UAG أو UGA. بعد ذلك، يتوقف تخليق البروتين.

ملاحظة 5

وبالتالي، فإن تسلسل أكواد mRNA يحدد تسلسل إدراج الأحماض الأمينية في سلسلة البروتين. تدخل البروتينات المركبة إلى قنوات الشبكة الإندوبلازمية. يتم تصنيع جزيء بروتين واحد في الخلية خلال 1-2 دقيقة.