Транскрипция в биологията - какво е това?

С концепцията за транскрипция се срещаме, изучавайки чужд език. Той ни помага правилно да пренаписваме и произнасяме неизвестни думи. Какво се разбира под този термин в естествената наука? Транскрипцията в биологията е ключов процес в системата от реакции на биосинтеза на протеини. Това е тази, която позволява на клетката да се снабди с пептиди, които ще изпълняват строителни, защитни, сигнални, транспортни и други функции в нея. Единствено пренаписването на информация от ДНК-локуса към молекулата на информационната рибонуклеинова киселина задейства клетъчния апарат за синтез на протеини, който осигурява биохимични реакции на транслация.

В тази статия ще разгледаме етапите на транскрипция и синтез на протеини, протичащи в различни организми, както и ще определим значението на тези процеси в молекулярната биология. Освен това ще определим какво е транскрипцията. В биологията знанията за процесите, които ни интересуват, могат да бъдат получени от секции като цитология, молекулярна биология и биохимия.

Особености на реакциите на синтез на матрица

За тези, които са запознати с майор видове химични реакции изучавани в общата химия, процесите на матричен синтез ще бъдат напълно нови. Причината за това е следната: такива реакции, които се срещат в живите организми, гарантират, че родителските молекули се копират с помощта на специален код. Не е открито незабавно, по-добре е да се каже, че самата идея за съществуването на два различни езика за съхраняване на наследствена информация, премина през два века: от края на 19-ти и до средата на 20-ти век. свързани с реакциите на матричния синтез, ние се обръщаме към аналогия с техническия речник.

Точно както при типографията

Представете си, че трябва да отпечатаме, например, сто хиляди копия на популярен вестник. Всички материали, които влизат в него, се събират върху основния носител. Този първи модел се нарича матрица. След това върху печатните машини той се копира - те правят копия. Подобни процеси се случват в живата клетка, само молекулите на ДНК и РНК се редуват в нея, а информационните РНК и протеиновите молекули служат като копия в нея. Нека да ги разгледаме по-отблизо и да открием, че транскрипцията в биологията е реакция на матричен синтез, който се осъществява в клетъчното ядро.

Генетичният код е ключът към тайната на биосинтезата на протеините

В съвременната молекулярна биология никой не твърди, че веществото е носител на наследствени свойства и съхранява данни за всички протеини на тялото, без изключение. Разбира се, това е дезоксирибонуклеинова киселина. Въпреки това, тя е изградена от нуклеотиди, а протеините, информацията за състава на които се съхранява в нея, са представени от аминокиселинни молекули, които нямат химически афинитет с ДНК мономери. С други думи, имаме работа с два различни езика. В една от тях думите са нуклеотиди, а в други - аминокиселини. Какво ще действа като преводач, който ще прекодира информацията, получена в резултат на транскрипцията? Молекулярната биология вярва, че генетичният код изпълнява тази роля.

Уникалните свойства на кода на клетката

Ето кода, чиято таблица е представена по-долу. За неговото създаване са работили цитолози, генетика, биохимици. Освен това, при разработването на кода е използвано знание от криптографията. Като се имат предвид неговите правила, е възможно да се установи първичната структура на синтезирания протеин, тъй като преводът в биологията е процес на транслиране на информация за структурата на пептида от езика на нуклеотидите i-RNA в аминокиселинния език на протеинова молекула.

Идеята за кодиране в живите организми за първи път е изразена от Г. А. Гамов. По-нататъшните научни разработки доведоха до формулирането на основните правила. Първо, беше установено, че структурата на 20 аминокиселини е кодирана в 61 триплет на информационната РНК, което доведе до концепцията за дегенерация на кода. Тогава открихме състава на некодоните, които играят ролята на стартиране и спиране на процеса на биосинтеза на протеини. След това имаше разпоредби за неговата колинеарност и универсалност, допълвайки една последователна теория на генетичния код.

Къде се случват транскрипция и превод?

В биологията, някои от неговите секции, които изучават структурата и биохимичните процеси в клетката (цитология и молекулярна биология), определят локализацията на реакциите на матричния синтез. Така, транскрипцията се случва в ядрото с участието на ензима РНК полимераза. В неговата кариоплазма се синтезира молекула на мРНК от свободни нуклеотиди съгласно принципа на комплементарността, която записва информация за структурата на пептида от един структурен ген.

След това, през порите в ядрената мембрана, той напуска клетъчното ядро ​​и завършва в цитоплазмата на клетката. Тук i-RNA трябва да се комбинира с няколко рибозоми, за да образува полисом - структура, готова да посрещне молекули транспортна рибонуклеинова киселина. Тяхната задача е да приведат аминокиселините на мястото на друга реакция на матричен синтез - превод. Разгледайте подробно механизмите на двете реакции.

Особености на образуването на молекули на m-РНК

Транскрипцията в биологията е пренаписване на информация за структурата на пептида от ДНК структурен ген до молекула на рибонуклеинова киселина, която се нарича информационна. Както казахме по-рано, това се случва в клетъчното ядро. Първо, ДНК рестрикционният ензим разрушава водородните връзки, свързващи веригите на дезоксирибонуклеиновата киселина, а неговата спирала се разпада. Ензимната РНК полимераза е прикрепена към свободни полинуклеотидни места. Той активира сглобяването на копието на i-RNA молекулата, която, в допълнение към информативните части на екзоните, също съдържа празни нуклеотидни последователности, интрони. Те са баласт и изискват отстраняване. Този процес в молекулярната биология се нарича обработка или съзряване. Той завършва транскрипцията. Биологията накратко го обяснява по този начин: просто като загуби ненужни мономери, нуклеинова киселина ще бъде в състояние да напусне ядрото и да бъде готов за по-нататъшни етапи на биосинтеза на протеини.

Обратна транскрипция във вируси

Не-клетъчните форми на живот се различават драстично от прокариотните и еукариотните клетки не само чрез тяхната външна и вътрешна структура, но и чрез реакциите на матричния синтез. През седемдесетте години на миналия век науката доказа наличието на ретровируси - организми, чийто геном се състои от две нишки на РНК. Под действието на ензима - ревертаза - такива вирусни частици копират ДНК сегменти от рибонуклеинова киселина, които след това се включват в кариотипа на клетката гостоприемник. Както можете да видите, копирането на наследствена информация в този случай върви в обратна посока: от РНК към ДНК. Тази форма на кодиране и четене е характерна, например, за патогенни агенти, които причиняват различни видове рак.

Рибозоми и тяхната роля в клетъчния метаболизъм

реакция пластичен обмен, които включват пептиден биосинтез, се появяват в цитоплазмата на клетката. За да се получи пълна протеинова молекула, не е достатъчно да се копира последователността от нуклеотиди от структурния ген и да се прехвърли в цитоплазмата. Необходими са също структури, които ще вземат предвид прочетената информация и ще осигурят свързването на аминокиселини в една верига чрез пептидни връзки. Това са рибозоми, структурата и функциите на които се обръща голямо внимание на молекулярната биология. Там, където се извършва транскрипцията, вече сме открили, че това е кариоплазмата на ядрото. Мястото на транслационните процеси е клетъчна цитоплазма. Намира се в каналите ендоплазмен ретикулум, На кои групи седят органели - синтеза на протеини - рибозоми. Въпреки това, тяхното присъствие не осигурява началото на пластични реакции. Имаме нужда от структури, които ще доставят протеинови мономерни молекули - аминокиселини - на полисома. Те се наричат ​​транспортни рибонуклеинови киселини. Какви са те и каква е тяхната роля в предаването?

Аминокиселинни носители

Малките транспортни РНК молекули в тяхната пространствена конфигурация имат област, състояща се от нуклеотидна последователност - антикодон. За осъществяването на транслационните процеси е необходимо създаването на инициативен комплекс. Той трябва да включва триплет от матрицата, рибозоми и комплементарна област на транспортната молекула. Веднага след като такъв комплекс е организиран, това е сигнал да започне сглобяването на протеинов полимер. Преводът и транскрипцията в биологията са процеси на асимилация, винаги възникващи с абсорбция на енергия. За тяхното прилагане, клетката се приготвя предварително чрез натрупване на голям брой молекули на аденозин трифосфорната киселина.

Синтезът на това енергийно вещество се среща в митохондриите, най-важните органели на всички еукариотни клетки без изключение. Той предхожда началото на реакциите на матричния синтез, които се провеждат в пресинтетичния етап. жизнен цикъл на клетките и след реакции на репликация. Разделянето на АТР молекулите съпровожда процесите на транскрипция и транслационните реакции, като енергията, отделена по време на този процес, се използва от клетката на всички етапи на биосинтеза на органични вещества.

Сценично излъчване

В началото на реакциите, водещи до образуването на полипептид, 20 вида протеинови мономери се свързват с определени транспортни молекули. Паралелно, образуването на полисом се случва в клетката: рибозомите са прикрепени към матрицата на мястото на стартовия кодон. Стартирането на биосинтеза започва и рибозомите се движат по триплетите на иРНК. Те са подходящи молекули, които транспортират аминокиселини. Ако кодонът в полизома е комплементарен на транспортния киселинен антикодон, тогава аминокиселината остава в рибозомата и получената полипептидна връзка го свързва с аминокиселините, които вече присъстват. Веднага след като протеинът, който синтезира органелата достигне стоп триплет (обикновено това е UAG, UAA или UGA), излъчването спира. В резултат на това, рибозомата заедно с протеиновата частица се отделя от тРНК.

Как пептидът приема своята естествена форма

Последният етап от превода е процесът на преход на първичната структура на протеина към третичната форма, имаща формата на глобула. Ензимите отстраняват в него ненужни аминокиселинни остатъци, добавят монозахариди или липиди и допълнително синтезират карбоксилни и фосфатни групи. Всичко това се случва в кухините на ендоплазмения ретикулум, където пептидът влиза след завършване на биосинтезата. След това, нативната протеинова молекула преминава в каналите. Те проникват в цитоплазмата и помагат на пептида да попадне в определена част от цитоплазмата и след това да се използва за нуждите на клетката.

В тази статия открихме, че транслацията и транскрипцията в биологията са основните реакции на матричния синтез, които са в основата на запазването и предаването на наследствените наклонности на тялото.