Матрична синтеза: описание, характеристики и свойства

Матричната синтеза е образуването на биополимер, последователността от единици в която се определя от първичната структура на друга молекула. Последният действа като матрица, "диктувайки" необходимия ред за сглобяване на веригата. В живите клетки са известни три биосинтетични процеса въз основа на този механизъм.

Какви молекули се синтезират на базата на матрицата

Реакциите на матричния синтез включват:

• репликация - удвояване на генетичен материал;
• транскрипция - синтез на рибонуклеинови киселини;
• излъчване - производството на протеинови молекули.

Репликацията е преобразуването на един ДНК молекули в две еднакви помежду си, което е от голямо значение жизнен цикъл на клетките (митоза, мейоза, удвояване на плазмиди, делене на бактериални клетки и т.н.). Много процеси се основават на "възпроизвеждане" на генетичен материал, а синтезът на матрицата ви позволява да пресъздадете точно копие на всяка ДНК молекула.

Транскрипцията и транслацията са два етапа на прилагане на генома. В същото време, наследствената информация, записана в ДНК, се превръща в специфичен протеинов набор, от който зависи фенотипът на организма. Този механизъм се нарича "ДНК-РНК-протеин" и е една от централните догми на молекулярната биология.

Прилагането на този принцип се постига с помощта на матричен синтез, който свързва процеса на образуване на нова молекула с "оригиналната проба". Основата на това сдвояване е основният принцип на взаимно допълване.

Основните аспекти на синтеза на молекули, базирани на матрицата

Информация за структурата на синтезираната молекула се съдържа в последователността на връзките на самата матрица, към всяка от които е избран съответният елемент от "дъщерната" верига. Ако химичната природа на синтезираните и матричните молекули съвпадат (ДНК-ДНК или ДНК-РНК), тогава конюгацията се осъществява директно, тъй като всеки нуклеотид има двойка, с която може да се свърже.

за синтез на протеини Необходим е медиатор, една част от която взаимодейства с матрицата чрез механизма на нуклеотидна кореспонденция, а другият придава протеинови връзки. По този начин принципът на комплементарност на нуклеотидите също работи в този случай, въпреки че не свързва директно връзките на матрицата и синтезираните вериги.

Етапи на синтез

Всички процеси на матричен синтез са разделени на три етапа:

• иницииране (начало);
• удължение;
• прекратяване (край).

Започването е подготовка за синтез, чиято природа зависи от вида на процеса. Основната цел на този етап е да се доведе системата на ензим-субстрат в работно състояние.

По време на удължаването, синтезирането на синтезираната верига се извършва директно, при което ковалентна връзка (пептид или фосфодиестер) се затваря между единиците, избрани съгласно матричната последователност. Прекратяването води до спиране на синтеза и освобождаването на продукта.

Ролята на взаимното допълване в механизма на матричния синтез

Принципът на взаимно допълване се основава на селективното съответствие на азотните бази на нуклеотиди един с друг. Така че, само тимин или урацил (двойна връзка) е подходящ като аденин като двойка, а цитозин (3 тройна връзка) е подходящ за гуанин.

В процеса на синтез на нуклеинови киселини с връзки от едноверижна матрица се свързват комплементарни нуклеотиди, подреждащи се в определена последователност. По този начин, на базата на AACGTT ДНК сегмента, само TTGCAA може да се получи по време на репликацията, а UUGCAA - по време на транскрипцията.

Както е отбелязано по-горе, синтезът на протеин се осъществява с участието на посредник. Тази роля се играе от транспортна РНК, която има място за присъединяване на аминокиселина и нуклеотиден триплет (антикодон), предназначени да се свързват с информационната РНК.

В този случай комплементарният подбор се извършва не по един, а по три нуклеотида. Тъй като всяка аминокиселина е специфична само за един тип тРНК, а антикодонът съответства на специфичен триплет в РНК, протеинът се синтезира със специфична последователност от единици, която е включена в генома.

Как се случва репликацията

Матричната синтеза на ДНК се осъществява с участието на различни ензими и помощни протеини. Ключовите компоненти са:

• ДНК хеликаза - разтваря двойната спирала, разрушава връзките между веригите на молекулата;
• ДНК лигаза - “зашива” пролуките между фрагментите на Оказаки;
• Primemaz - синтезира семената, необходими за работата на ДНК-синтезиращия фрагмент;
• SSB протеините - стабилизират едноверижните ДНК фрагменти;
• ДНК полимераза - синтезира дъщерната матрична верига.

Бялата хеликаза, примаза и SSB подготвят почвата за синтез. В резултат на това всяка от веригите на оригиналната молекула става матрица. Синтезът се извършва с голяма скорост (от 50 нуклеотида в секунда).

Работата на ДНК полимеразата протича в посока от края на 5`k 3`-. Поради това, на една от (водещите) вериги, синтезът се извършва по протежение на разгъването и непрекъснато, а от друга (изоставащ) - в обратна посока и в отделни фрагменти, наречени "Оказаки".

У-образната структура, образувана на мястото на разкриване на ДНК, се нарича вилица на репликация.

Механизъм за транскрипция

Ключовият транскрипционен ензим е РНК полимераза. Последният е от няколко вида и се различава по структура в прокариотите и еукариотите. Механизмът на неговото действие обаче е един и същ навсякъде и се състои в изграждането на верига от комплементарно подбрани рибонуклеотиди с затварянето на фосфодиестерната връзка между тях.

ДНК молекулата е матриксната молекула за този процес. На негова основа могат да бъдат създадени различни видове РНК, а не само информационни, които се използват при синтеза на протеини.

Областта на матрицата, от която РНК последователността е "разградена", се нарича транскрипт. Той съдържа промотор (място за прикрепване на РНК полимераза) и терминатор, при който синтезът спира.

превод

Матричната синтеза на протеини както в прокариотите, така и в еукариотите се извършва в специализирани органоиди, рибозомите. Последните се състоят от две субединици, едната от които (малка) служи за свързване на tRNA и информационната РНК, а другата (голяма) участва в образуването на пептидни връзки.

Началото на транслацията се предшества от активирането на аминокиселини, т.е. тяхното прикрепване към съответната транспортна РНК с образуването на макроергична връзка, поради енергията, от която впоследствие се провеждат реакциите на транспептидация (прикрепване към веригата на следващата връзка).

Протеиновите фактори и GTP също участват в процеса на синтез. Енергията на последното е необходима за напредъка на рибозомата по веригата на RNA шаблона.