Вторинна структура РНК
Молекули РНК, на відміну від ДНК, побудовані з однієї полінуклеотидних ланцюга. Однак у цьому ланцюзі є комплементарні один одному ділянки, які можуть взаємодіяти, утворюючи подвійні спіралі. При цьому з'єднуються нуклеотидні пари A. U, G. C. Такі спіралізують (їх називають шпильками) зазвичай містять невелику кількість нуклеотидних пар (до 20-30) і чергуються з неспіралізованнимі ділянками (рис. 3.2):
Мал. 3.2. Вторинна структура РНК
За особливостями структури і функцій розрізняють три основних типи РНК: Хвороби (р-РНК), транспортні РНК (т-РНК) і матричні РНК (м-РНК). Матричні РНК становлять близько 2% від всієї РНК клітини. Матричні РНК називають також інформаційними РНК (і-РНК). Кількість і-РНК відповідає кількості різних білків в клітині.
Біосинтез нуклеїнових кислот і білків (матричні біосинтезу)
Первинну структуру найважливіших біополімерів - білків і нуклеїнових кислот - можна порівняти з буквеної записом: і в тому, і в іншому випадку є трохи довільне, а чітко визначений, «має сенс» чергування елементів - мономерів або букв. На цій підставі нуклеїнові кислоти і білки називають інформаційними молекулами.
Щоб отримати такі молекули, недостатньо змішати мономери і забезпечити умови утворення пептидного або фосфодіефірних зв'язку, необхідна ще програма, що визначає послідовність приєднання різних мономерів до зростаючої ланцюга полімеру. При біосинтезі нових молекул нуклеїнових кислот і білків носіями такої програми є нуклеїнові кислоти; в цій ролі їх називають матрицями. Матриця в ході матричного синтезу не витрачається і може використовуватися багаторазово; в цьому відношенні вона подібна до каталізатором.
Розрізняють три основних типи матричних биосинтезов:
1) біосинтез ДНК (реплікація ДНК) з використанням в якості матриці вже існуючих молекул ДНК;
2) біосинтез РНК на матриці ДНК (транскрипція);
3) біосинтез білків з використанням в якості матриці РНК (трансляція).
реплікація ДНК
Структура подвійної спіралі ДНК дозволяє представити простий механізм реплікації: два ланцюги ДНК, що утворюють спіраль, спочатку розкручуються за рахунок розриву водневих зв'язків між комплементарними підставами, ланцюги розходяться, а потім кожна одноцепочечная половина молекули ДНК добудовується до цілої двухцепочечной молекули.
При цьому кожна ланцюг служить матрицею, до якої шляхом спарювання підстав підлаштовується комплементарная ланцюжок. При цьому вільні нуклеотиди надходять з клітинних органел (рибосом), фермент ДНК-полімераза пов'язує їх в фосфатно-пептидний кістяк, а азотисті основи цих нуклеотидів комплементарно зв'язуються з матричними азотистими підставами:
Таким чином, з кожної вихідної молекули ДНК виходять дві копії з ідентичною структурою, т. Е. Освіту пар основ становить хімічну основу зчитування біологічної інформації, закодованої в нуклеотидної послідовності.
ДНК є носієм генетичної інформації. Ділянка ДНК, що несе інформацію про одну поліпептидного ланцюга, називається геном. Кожна молекула ДНК містить безліч різних генів, що кодують синтез певного білка. При розподілі «копії» ДНК розходяться по двох дочірнім клітинам, кожна з яких внаслідок цього буде мати одну і ту ж інформацію, яка знаходиться в «материнської» клітці, а значить і однакові набори генів.
Але безпосередньої участі в синтезі білків ДНК не приймає. Вона міститься в хромосомах ядра і відділена ядерноїмембраною. До рибосомам надсилається несе інформацію посередник - інформаційна РНК. Як це відбувається? Для цього служать два інших типу матричних биосинтезов -транскріпція і трансляція.
Біосинтез РНК (транскрипція)
Синтез і-РНК відбувається в присутності ДНК, яка виконує роль матриці (матрицею служить одна з ланцюгів ДНК).
Синтез РНК відбувається в напрямку від 5'-кінця до 3'-кінця. Всі синтезовані молекули і-РНК мають структуру, комплементарную матриці (т. Е. Однієї з ланцюгів ДНК). Транскрипція каталізується ферментом РНК-полімерази. Фермент приєднується до матриці не в будь-якому її місці, а в спеціальних ділянках, які називаються промоторами: в цих місцях молекули ДНК є послідовності нуклеотидів, впізнавані РНК-полімерази.
Зв'язування РНК-полімерази з промотором призводить до локального розбіжності нуклеотидних ланцюгів в цій ділянці; одна з ланцюгів служить матрицею. Нарощування молекули РНК відбувається в результаті переміщення РНК-полімерази уздовж ДНК шляхом приєднання чергового рибонуклеотиду, комплементарного тому дезоксірібонуклеотідов ДНК, який в даний момент знаходиться в області активного центру РНК-полімерази.
В ділянці ДНК, де закінчується ген, є послідовність нуклеотидів (терминирующего кодон), досягнувши якого РНК-полімераза і синтезована РНК відокремлюються від ДНК. Таким чином виходять окремі молекули РНК, кожна з якої містить інформацію одного гена або групи генів (званої опероном), які несуть інформацію про структуру білка, необхідного для виконання однієї функції.
Біосинтез білка (трансляція)
Біосинтез білків відрізняється від інших типів матричних синтезів двома принциповими особливостями:
1) немає відповідності між числом мономерів в матриці і продукті реакції (в і-РНК 4 різних нуклеотиду, а в білку 20 різних амінокислот);
2) структура рибонуклеотидов (мономерів матриці) і амінокислот (мономерів продукту) така, що виборчі взаємодії між ними, подібні утворення пар AT, CG, неможливі, інакше кажучи, між і-РНК (матрицею) і пептидного ланцюгом білка (продуктом) немає комплементарності .
З цього випливає, що механізм використання матриці при синтезі білків повинен бути іншим, ніж в разі синтезу ДНК і РНК. Якщо реплікацію і транскрипцію можна порівняти просто з переписуванням тексту, то трансляція - це дешифрування, декодування інформації про амінокислотної послідовності, закодованої за допомогою нуклеотидної послідовності. Спосіб кодування в нуклеїнових кислотах інформації про первинну структуру білків отримав назву біологічного коду (його називають також генетичним, нуклеотидним, амінокислотним кодом).
Біологічний код - система запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів в і-РНК.
Один з перших питань, яке виникає при з'ясуванні структури біологічного коду, - це питання про кодовому числі, т. Е. Про кількість нуклеотидних залишків, що кодують включення в білок однієї амінокислоти. Очевидно, що кодове число не може бути рівним одиниці, так як в цьому випадку за допомогою чотирьох нуклеотидів можна було закодувати тільки чотири амінокислоти.
При кодовому числі 2 кількість різних нуклеотидних пар буде дорівнює числу перестановки з чотирьох елементів по 2, т. Е. Дорівнює 4 = 16, що також недостатньо для кодування всіх амінокислот. Число різних трійок нуклеотидів дорівнює 4 = 64. Це в три з гаком рази перевищує мінімальне число, необхідне для кодування 20-ти амінокислот. Експериментально доведено, що в біологічному коді кодове число дорівнює трьом: трійку нуклеотидних залишків (триплет), що кодують включення однієї амінокислоти, називають кодоном.
З 64 кодонів 61 використовується для кодування амінокислот, а три - UAA, UAG і UGA - позначають кінець матриці: на цих триплетах обривається подальше нарощування пептидного ланцюга - терминирующего триплети. Кожен триплет кодує тільки якусь одну амінокислоту. Це властивість коду називають специфічністю, або однозначністю.
З іншого боку, одна амінокислота може кодуватися двома або більшою кількістю (до шести) різних триплетів, т. Е. Код виродилися.
Шлях інформації від ДНК до білка представляється в такий спосіб:
До теперішнього часу біологічний код вивчений у великої кількості різних організмів - від вірусів і бактерій до вищих тварин. У всіх випадках він виявився однаковим. Ця універсальність коду зайвий раз свідчить про єдність походження всіх форм життя на Землі.
Помилка в біологічному коді призводить до різних хвороб. Наприклад, у здорових людей в гені, що несе інформацію про в-ланцюга гемоглобіну, триплет GAA або GAG, що стоїть на шостому місці, кодує глутамінової кислоти. У хворих на гемофілію другий нуклеотид в цьому триплеті замінений на U, а GUA або GUG кодує амінокислоту валін.
Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик
Органічні кислоти можна отримувати як в анаеробних умовах # 40; так звані бродильні процеси # 41 ;, так і в аеробних умовах # 40; окислювальні процеси # 41 ;.
Промислова мікробіологія. виробництво амінокислот
Первинні метаболіти - низькомолекулярні сполуки, необхідні для росту мікробів: одні з них є будівельними блоками макромолекул, інші - беруть участь в синтезі коферментів. Серед найбільш важливих для промисловості первинних метаболітів можна виділити амінокислоти, органічні кислоти, ну.
Морфологія мікроорганізмів. Структура бактеріальної клітини і методи її дослідження
Бактерії є прокариотами і істотно відрізняються від клітин рослин і тварин # 40; еукаріотів # 41 ;. Вони належать до одноклітинних організмів і складаються з клітинної стінки, цитоплазматичної мембрани, цитоплазми, нуклеоида # 40; обов'язкових компонентів бактеріальної клітини # 41 ;. Деякі ба.