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¿Qué reacciones que ocurren en la célula se clasifican como reacciones de síntesis de matriz? ¿Qué sirve como matriz para tales reacciones?

Síntesis de matrices - característica específica organismos vivos. La matriz es el patrón mediante el cual se forma la copia. Síntesis de matrices: síntesis mediante una matriz. Las reacciones de síntesis de plantillas proporcionan la secuencia precisa de monómeros para crear polímeros.

Las reacciones de síntesis de plantillas que ocurren en la célula incluyen reacciones de duplicación de ADN, síntesis de ARN y síntesis de proteínas. La plantilla es el ADN en la síntesis de ARNm y el ADN o ARN en la síntesis de proteínas. Los monómeros de la síntesis de plantillas son nucleótidos y aminoácidos. Los monómeros se fijan a la matriz según el principio de complementariedad, se reticulan y luego se liberan de la matriz. Las reacciones de síntesis de matrices son la base para la reproducción de los de su propia especie.

¿Qué reacciones que ocurren en la célula se clasifican como reacciones de síntesis de matriz? ¿Qué sirve como matriz para tales reacciones?

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ADN- un polímero lineal en forma de doble hélice formado por un par de cadenas complementarias antiparalelas. Los monómeros del ADN son nucleótidos.

Cada nucleótido de ADN consta de una base nitrogenada purina (A - adenina o G - guanina) o pirimidina (T - timina o C - citosina), un azúcar de cinco carbonos - desoxirribosa y un grupo fosfato.

La molécula de ADN tiene los siguientes parámetros: el ancho de la hélice es de aproximadamente 2 nm, el paso o giro completo de la hélice es de 3,4 nm. Un paso contiene 10 pares de bases complementarias.

Los nucleótidos en una molécula de ADN se enfrentan entre sí con bases nitrogenadas y se unen en pares de acuerdo con las reglas de complementariedad: la timina se encuentra frente a la adenina y la citosina, frente a la guanina. El par A-T está conectado por dos enlaces de hidrógeno y par GC- tres.

La columna vertebral de las cadenas de ADN está formada por residuos de azúcar fosfato.

La replicación del ADN es el proceso de autoduplicación de una molécula de ADN, que se lleva a cabo bajo el control de enzimas.

En cada una de las cadenas formadas tras la ruptura de los enlaces de hidrógeno, se sintetiza una cadena hija de ADN con la participación de la enzima ADN polimerasa. El material para la síntesis son los nucleótidos libres presentes en el citoplasma de las células.

La síntesis de moléculas hijas en cadenas adyacentes ocurre con a diferentes velocidades. En una cadena se ensambla continuamente una nueva molécula, en la otra, con cierto retraso y en fragmentos. Una vez completado el proceso, la enzima ADN ligasa une fragmentos de nuevas moléculas de ADN. Así, de una molécula de ADN surgen dos, que son una copia exacta entre sí y la molécula madre. Este método de replicación se llama semiconservador.

El significado biológico de la replicación radica en la transferencia precisa de información hereditaria de la molécula madre a las moléculas hijas, que ocurre durante la división de las células somáticas.

reparación de ADN- un mecanismo que proporciona la capacidad de corregir la secuencia rota de nucleótidos en la molécula de ADN.

Si durante la replicación del ADN la secuencia de nucleótidos de su molécula se altera por algún motivo, en la mayoría de los casos estos daños son eliminados por la propia célula. El cambio suele ocurrir en una de las cadenas de ADN. La segunda cadena permanece sin cambios. La sección dañada de la primera hebra se puede "cortar" con la ayuda de enzimas: nucleasas reparadoras del ADN. Otra enzima, la ADN polimerasa, copia información de la cadena no dañada e inserta los nucleótidos necesarios en la cadena dañada. Luego, la ADN ligasa "entrecruza" la molécula de ADN y la molécula dañada se repara.

ARN - un polímero lineal, que normalmente consta de una cadena de nucleótidos. En el ARN, el nucleótido de timina se reemplaza por uracilo (U). Cada nucleótido de ARN contiene un azúcar de cinco carbonos: ribosa, una de las cuatro bases nitrogenadas y un residuo de ácido fosfórico.

El ARN mensajero, o mensajero, se sintetiza en el núcleo con la participación de la enzima ARN polimerasa; es complementario a la sección de ADN donde se produce la síntesis y constituye el 5% del ARN de la célula; El ARN ribosómico se sintetiza en el nucléolo y forma parte de los ribosomas, constituyendo el 85% del ARN de la célula. El ARN de transferencia (más de 40 tipos) transporta aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, tiene la forma de una hoja de trébol y consta de 70 a 90 nucleótidos.

Las reacciones de síntesis de plantillas incluyen la replicación del ADN, la síntesis de ARN a partir de ADN (transcripción), la síntesis de proteínas a partir de ARNm (traducción) y la síntesis de ARN o ADN a partir de ARN viral.

Durante la transcripción, la enzima ARN polimerasa se une a un grupo de nucleótidos de ADN: un promotor. El promotor especifica la ubicación desde la cual debe comenzar la síntesis de ARNm. Está construido a partir de nucleótidos libres complementarios a la molécula de ADN. La enzima funciona hasta que encuentra otro grupo de nucleótidos de ADN: una señal de parada que indica el final de la síntesis de ARNm.

La molécula de ARNm ingresa al citoplasma hacia los ribosomas, donde se sintetizan las cadenas polipeptídicas. El proceso de traducir la información contenida en la secuencia de nucleótidos del ARNm en la secuencia de aminoácidos de un polipéptido se llama traducción.

Un tipo específico de ARNt entrega un aminoácido específico a los ribosomas.

En 1869, el bioquímico suizo Johann Friedrich Miescher descubrió, aisló y describió por primera vez el ADN de los núcleos celulares. Pero no fue hasta 1944 que O. Avery, S. McLeod y M. Macarthy demostraron el papel genético del ADN, es decir, se estableció de forma fiable que la transmisión de información hereditaria está asociada al ácido desoxirribonucleico. Este descubrimiento fue un poderoso factor que estimuló el estudio de la herencia a nivel molecular. Desde entonces, ha comenzado el rápido desarrollo de la biología molecular y la genética.

Ácidos nucleicos (del lat. núcleo - núcleo) son compuestos orgánicos naturales de alto peso molecular que aseguran el almacenamiento y la transmisión de información hereditaria (genética) en organismos vivos. Incluyen: carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), fósforo (P). Los ácidos nucleicos son biopolímeros irregulares que constan de monómeros: nucleótidos. Cada nucleótido contiene:

· base de nitrogeno

· carbono único: azúcar pentosa de 5 carbonos (ribosa o desoxirribosa),

· residuo de ácido fosfórico.

Hay dos tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN que contiene desoxirribosa) y ácido ribonucleico (ARN que contiene ribosa).

Veamos cada tipo de ácido nucleico.

El ADN está contenido casi exclusivamente en el núcleo celular, a veces en orgánulos: mitocondrias, plastidios. El ADN es un compuesto polimérico con un contenido constante (estable) en la célula.

Estructura del ADN.En su estructura, la molécula de ADN consta de dos cadenas de polímeros conectadas entre sí y retorcidas en forma de doble hélice (Fig. 1).

En 1953, D. Watson y F. Crick crearon un modelo de la estructura del ADN, por el que ambos recibieron premios. premio Nobel. El ancho de la doble hélice es de solo aproximadamente 0,002 micrones (20 angstroms), pero su longitud es extremadamente grande, hasta varias decenas e incluso cientos de micrómetros (a modo de comparación: la longitud de la molécula de proteína más grande en su forma desplegada no no exceder 0,1 micras).

Los nucleótidos se encuentran a cierta distancia entre sí. 0,34 nm, y hay 10 nucleótidos por vuelta de la hélice. El peso molecular del ADN es grande: asciende a decenas e incluso cientos de millones. Por ejemplo, el peso molecular (METRO r) el cromosoma más grande de Drosophila es 7,9 10 10.

La unidad estructural básica de una cadena es un nucleótido, que consta de una base nitrogenada, desoxirribosa y un grupo fosfato. El ADN contiene 4 tipos de bases nitrogenadas:

· purinas: adenina (A) y guanina (G),

· pirimidina: citosina (C) y timina (T).

El número total de bases purínicas es igual a la suma de las bases pirimidínicas.

Los nucleótidos del ADN también serán de 4 tipos, respectivamente: adenilo (A), guanilo (G), citidilo (C) y timidilo (T). Todos los nucleótidos del ADN están conectados en una cadena de polinucleótidos debido a los residuos de ácido fosfórico ubicados entre las desoxirribosas. Una cadena de polinucleótidos puede tener hasta 300.000 o más nucleótidos.

Por tanto, cada cadena de ADN representa un polinucleótido en el que los nucleótidos están dispuestos en un orden estrictamente definido. Las bases nitrogenadas se acercan tanto que entre ellas se forman enlaces de hidrógeno. Un patrón importante es claramente evidente en su disposición: la adenina (A) de una cadena está conectada a la timina (T) de la otra cadena mediante dos enlaces de hidrógeno, y la guanina (G) de una cadena está conectada mediante tres enlaces de hidrógeno a la citosina. (C) de otra cadena, lo que da como resultado la formación de pares A-T y G-C. Esta capacidad de combinar selectivamente nucleótidos se denomina complementariedad, es decir, correspondencia espacial y química entre pares de nucleótidos (ver Fig. 2).

La secuencia de conexión de nucleótidos en una cadena es opuesta (complementaria) a la de la otra, es decir, las cadenas que forman una molécula de ADN son multidireccionales o antiparalelas. Las cadenas se enrollan entre sí y forman una doble hélice. Número grande Los enlaces de hidrógeno aseguran una fuerte conexión de las cadenas de ADN y dan estabilidad a la molécula, manteniendo al mismo tiempo su movilidad: bajo la influencia de enzimas, se desenrolla fácilmente (espira).

Replicación del ADN (reduplicación del ADN) - el proceso de autorreproducción (autoduplicación) de macromoléculas de ácido nucleico, que garantiza una copia precisa de la información genética y su transmisión de generación en generación.

La replicación del ADN ocurre durante la interfase antes de la división celular. La molécula de ADN madre (el número de cadenas de ADN en una célula es 2n) bajo la acción de enzimas se desenrolla de un extremo, y luego las cadenas de polinucleótidos hijas se construyen a partir de nucleótidos libres de acuerdo con el principio de complementariedad en ambas cadenas. Como resultado de las reacciones de plantilla, surgen dos moléculas hijas de ADN idénticas en composición de nucleótidos, en las cuales una de las cadenas es la antigua matriz y la otra es nueva, recién sintetizada (la cantidad de ADN en la célula se vuelve igual a 4n = 2 X 2n).

Funciones del ADN.

1. Almacenamiento de información hereditaria sobre la estructura de las proteínas o sus orgánulos individuales. La unidad más pequeña de información genética después de un nucleótido son tres nucleótidos consecutivos: un triplete. La secuencia de tripletes en una cadena de polinucleótidos determina la secuencia de aminoácidos en una molécula de proteína (la estructura primaria de la proteína) y representa un gen. Junto con las proteínas, el ADN forma parte de la cromatina, la sustancia que forma los cromosomas del núcleo celular.

2. Transferencia de información hereditaria como resultado de la replicación durante la división celular de la célula madre a las células hijas.

3. Implementación de información hereditaria (almacenada en forma de genes) como resultado de reacciones de biosíntesis de matrices mediante la producción de proteínas específicas de la célula y el organismo. En este caso, en una de sus cadenas, según el principio de complementariedad, se sintetizan moléculas de ARN mensajero a partir de los nucleótidos del entorno que rodea la molécula.

El ARN es un compuesto con contenido fluctuante (lábil) en la célula.

Estructura del ARN.En términos de su estructura, las moléculas de ARN son más pequeñas que las moléculas de ADN, con un peso molecular de 20 a 30 mil (ARNt) a 1 millón (ARNr es una molécula monocatenaria, construida de la misma manera que una molécula de ADN); cadenas. Los monómeros de nucleótidos de ARN constan de una base nitrogenada, ribosa (pentosa) y un grupo fosfato. El ARN contiene 4 bases nitrogenadas:

· purinas - adenina (A);

· pirimidina - guanina (G), citosina (C), uracilo (U).

En el ARN, la timina se reemplaza por uracilo, que tiene una estructura similar (el nucleótido es uridilo. Los nucleótidos están conectados en una cadena de polinucleótidos de la misma manera que en el ADN, debido a los residuos de ácido fosfórico ubicados entre las ribosas.

Según ubicación en la jaula Entre los ARN se encuentran: nuclear, citoplasmático, mitocondrial, plástido.

Por funciones realizadas Entre los ARN se encuentran: de transporte, informativos y ribosómicos.

Transferencia de ARN (ARNt) - de cadena única, pero con una estructura tridimensional en forma de "hoja de trébol" creada por enlaces de hidrógeno intramoleculares (Fig. 3). Las moléculas de ARNt son las más cortas. Consta de 80-100 nucleótidos. Representan alrededor del 10% de contenido general ARN en la célula. Transfieren aminoácidos activados (cada ARNt tiene su propio aminoácido, se conocen un total de 61 ARNt) a los ribosomas durante la biosíntesis de proteínas en la célula”.

ARN mensajero (ARNm, ARNm) - una molécula monocatenaria que se forma como resultado de la transcripción en una molécula de ADN (copia genes) en el núcleo y transporta información sobre la estructura primaria de una molécula de proteína al sitio de síntesis de proteínas en los ribosomas. Una molécula de ARNm puede constar de 300 a 3000 nucleótidos. El ARNm representa entre el 0,5 y el 1% del contenido total de ARN de la célula.

ARN ribosómicos (ARNr) - las moléculas monocatenarias más grandes que, junto con las proteínas, forman complejos complejos que sostienen la estructura de los ribosomas en los que se produce la síntesis de proteínas.

El ARNr representa aproximadamente el 90% del contenido total de ARN en la célula.

Toda la información genética de un organismo (la estructura de sus proteínas) está contenida en su ADN, que consta de nucleótidos combinados en genes. Recordemos que un gen es una unidad de información hereditaria (una sección de una molécula de ADN) que contiene información sobre la estructura de una proteína: una enzima. Los genes que determinan las propiedades de los organismos se llaman. estructural. Y los genes que regulan la expresión de genes estructurales se llaman regulador. La manifestación (expresión) de un gen (implementación de información hereditaria) ocurre de la siguiente manera:

Para llevar a cabo la expresión genética, existe un código genético: una relación estrictamente ordenada entre bases de nucleótidos y aminoácidos (Tabla 12).

Tabla 12 Codigo genetico

Propiedades básicas codigo genetico.

triplete- La codificación de aminoácidos se realiza mediante tripletes (tripletes) de bases de nucleótidos. El número de tripletes codificantes es 64 (4 tipos de nucleótidos: A, T, C, G, 4 3 = 64).

Sin ambigüedad- cada triplete codifica sólo un aminoácido.

Degeneración- el número de tripletes codificantes supera el número de aminoácidos (64 > 20). Hay aminoácidos codificados por más de un triplete (tales aminoácidos son más comunes en las proteínas). Hay tres tripletes que no codifican ningún aminoácido (UAA, UAG, UGA). Se denominan "codones sin sentido" y desempeñan el papel de "señales de parada", que indican el final del registro del gen (el número total de codones codificantes es 61).

No superpuesto (continuidad) - La lectura de tripletes del ADN durante la síntesis de ARNm se produce estrictamente a lo largo de tres nucleótidos consecutivos, sin superponer codones vecinos. No hay "signos de puntuación" dentro de un gen.

Versatilidad - Los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos en todos los organismos que viven en la Tierra.

Abreviaturas comunes de nombres de aminoácidos:

FEN - fenilalanina; SU - histidina;

UPE - leucina; GLN - glutamina;

ILE - isoleucina; GLU - ácido glutámico;

MET - metionina; LYS - lisina;

VAL - valina; ASN - asparagina;

SER - serie; ASP - ácido aspártico;

PRO - prolina; CEI - cisteína;

TRE - treonina; TRI - triptófano;

ALA - alanina; ARG - arginina;

TIR - tirosina; GLY - glicina.

Por tanto, el ADN, portador de toda la información genética de la célula, no participa directamente en la síntesis de proteínas (es decir, en la implementación de esta información hereditaria). En las células animales y vegetales, las moléculas de ADN están separadas del citoplasma por la membrana nuclear.plasma, donde se produce la síntesis de proteínas. Se envía un mensajero desde el núcleo a los ribosomas, los sitios de ensamblaje de proteínas, que transporta la información copiada y puede atravesar los poros de la membrana nuclear. Un intermediario de este tipo es el ARN mensajero, que participa en reacciones de matriz.

Reacciones matriciales - Se trata de reacciones de síntesis de nuevos compuestos a partir de macromoléculas “antiguas” que actúan como una matriz, es decir, una forma, una muestra para copiar nuevas moléculas. Las reacciones matriciales para la implementación de información hereditaria, en las que participan el ADN y el ARN, son:

1. replicación del ADN- duplicación de las moléculas de ADN, gracias a la cual se realiza la transferencia de información genética de generación en generación. La matriz es el ADN materno, y las nuevas formadas a partir de esta matriz son las 2 moléculas de ADN hijas recién sintetizadas (Fig. 4).

2. Transcripción(transcripción latina - reescritura) es la síntesis de moléculas de ARN según el principio de complementariedad en la matriz de una de las cadenas de ADN. Ocurre en el núcleo bajo la acción de una enzima dependiente de ADN: la ARN polimerasa. El ARN mensajero es unomolécula no hebra, y la codificación del gen proviene de una hebra de una molécula de ADN bicatenario. Si la cadena de ADN transcrita contiene el nucleótido G, entonces la ADN polimerasa incluye C en el ARNm, si es T, incluye A en el ARNm, si es T, incluye U (el ARN no incluye timina T; Fig. 5; ). El lenguaje de los tripletes de ADN se traduce al lenguaje de los codones de ARNm (los tripletes de ARNm se llaman codones).

Como resultado de la transcripción de diferentes genes, se sintetizan todos los tipos de ARN. Luego, el ARNm, el ARNt y el ARNr ingresan al citoplasma celular a través de los poros de la membrana nuclear para realizar sus funciones.

3. Difusión(Latín translatio - transferencia, traducción) es la síntesis de cadenas polipeptídicas de proteínas en una matriz de ARNm madura, llevada a cabo por ribosomas. Hay varias etapas en este proceso:

Primera etapa: iniciación (comienzo de la síntesis - cadena). En el citoplasma, un ribosoma entra por uno de los extremos del ARNm (precisamente aquel a partir del cual comenzó la síntesis de la molécula en el núcleo) y comienza la síntesis del polipéptido. Una molécula de ARNt que transporta el aminoácido metionina (ARNt meta) se une al ribosoma y se adhiere al comienzo de la cadena de ARNm (siempre codificada AUG). Junto al primer ARNt (que no tiene nada que ver con la proteína que se sintetiza), se añade un segundo ARNt con un aminoácido. Si el anticodón es un ARNt, entonces se produce un enlace peptídico entre los aminoácidos, que está formado por una determinada enzima. Después de esto, el ARNt abandona el ribosoma (va al citoplasma en busca de un nuevo aminoácido) y el ARNm mueve un codón.

La segunda etapa es el alargamiento (alargamiento de la cadena). El ribosoma se mueve a lo largo de la molécula de ARNm no suavemente, sino de forma intermitente, triplete tras triplete. El tercer ARNt con un aminoácido se une con su anticodón al codón del ARNm. Cuando se establece la complementariedad del enlace, el ribosoma da otro paso, un "codón", y una enzima específica "entrecruza" el segundo y tercer aminoácidos con un enlace peptídico: se forma una cadena peptídica. Los aminoácidos en una cadena polipeptídica en crecimiento están conectados en la secuencia en la que se encuentran los codones de ARNm que los codifican (Fig. 6).

La tercera etapa es la terminación (fin de la síntesis) de la cadena. Ocurre cuando el ribosoma traduce uno de los tres “codones sin sentido” (UAA, UAG, UGA). Los ribosomas saltan del ARNm y se completa la síntesis de proteínas.

Por lo tanto, conociendo el orden de los aminoácidos en una molécula de proteína, es posible determinar el orden de los nucleótidos (tripletes) en la cadena de ARNm y, a partir de él, el orden de los pares de nucleótidos en una sección de ADN y viceversa, teniendo en cuenta el principio. de complementariedad de nucleótidos.

Naturalmente, en el proceso de reacciones matriciales, por cualquier motivo (natural o artificial), pueden ocurrir cambios (mutaciones). Se trata de mutaciones genéticas a nivel molecular, el resultado de diversos daños en las moléculas de ADN. Las mutaciones genéticas que ocurren a nivel molecular generalmente afectan a uno o más nucleótidos. Todas las formas de mutaciones genéticas se pueden dividir en dos grandes grupos.

Primer grupo- cambio del marco de lectura - representa la inserción o pérdida de uno o más pares de nucleótidos. Dependiendo de la ubicación de la infracción, cambia uno u otro número de codones. Este es el daño más grave a los genes, ya que la proteína incluirá aminoácidos completamente diferentes.

Estas deleciones e inserciones representan el 80% de todas las mutaciones genéticas espontáneas.

Los efectos más dañinos son los de las llamadas mutaciones sin sentido, que se asocian a la aparición de codones terminadores que provocan la parada.síntesis de proteínas ku. Esto puede provocar la interrupción prematura de la síntesis de proteínas, que se degrada rápidamente. El resultado es la muerte celular o un cambio en la naturaleza del desarrollo individual.

Las mutaciones asociadas con la sustitución, eliminación o inserción en la parte codificante de un gen se manifiestan fenotípicamente como sustitución de aminoácidos en la proteína. Dependiendo de la naturaleza de los aminoácidos y del significado funcional de la zona dañada, se observa una pérdida total o parcial de la actividad funcional de la proteína. Como regla general, esto se expresa en una disminución de la viabilidad, cambios en las características de los organismos, etc.

Segundo grupo- Se trata de mutaciones genéticas con sustitución de pares de bases de nucleótidos. Hay dos tipos de sustituciones de bases:

1. Transición- sustitución de una purina por una base purínica (A por G o G por A) o una pirimidina por una pirimidina (C por T o T por C).

2. Transversión- sustitución de una base purínica por una base pirimidina o viceversa (A por C, G por T o A por U).

Un ejemplo sorprendente de transversión es la anemia falciforme, que se produce debido a un trastorno hereditario de la estructura de la hemoglobina. En el gen mutante que codifica una de las cadenas de hemoglobina, solo un nucleótido está dañado y en el ARNm, la adenina se reemplaza por uracilo (GAA con GUA).

Como resultado, se produce un cambio en el fenotipo bioquímico; en la cadena de hemoglobina, el ácido glutámico se reemplaza por valina. Este reemplazo cambia la superficie de la molécula de hemoglobina: en lugar de un disco bicóncavo, los glóbulos rojos se vuelven falciformes y obstruyen los vasos pequeños o se eliminan rápidamente de la circulación, lo que rápidamente conduce a anemia.

Por tanto, la importancia de las mutaciones genéticas para la vida de un organismo varía:

· algunas “mutaciones silenciosas” no afectan la estructura y función de la proteína (por ejemplo, una sustitución de nucleótidos que no conduce a una sustitución de aminoácidos);

· algunas mutaciones provocan una pérdida total de la función proteica y la muerte celular (por ejemplo, mutaciones sin sentido);

· otras mutaciones - con cambio cualitativo El ARNm y los aminoácidos provocan cambios en las características del organismo;

· y, finalmente, algunas mutaciones que cambian las propiedades de las moléculas de proteínas tienen un efecto perjudicial sobre la actividad vital de las células; tales mutaciones causan enfermedades graves (por ejemplo, transversiones).

Replicación

El proceso de reduplicación del ADN ocurre en el núcleo bajo la acción de enzimas y complejos proteicos especiales. Principios de la duplicación del ADN:

• * Antiparalelismo : la cadena hija se sintetiza en la dirección de 5" a 3" fin.
• * Complementariedad : la estructura de la cadena hija de ADN está determinada por la secuencia de nucleótidos de la cadena madre, seleccionada según el principio de complementariedad.
• * Semicontinuidad : una de las dos hebras de ADN - principal , se sintetiza continuamente, y el otro - rezagado , de forma intermitente con la formación de cortos fragmentos de Okazaki . Esto ocurre debido a la propiedad antiparalela.
• * Semiconservador : Las moléculas de ADN obtenidas durante la reduplicación contienen una cadena madre conservada y una cadena hija sintetizada.
• 1) Iniciación

Empezar con punto replicativo , al que están unidas las proteínas que inician la replicación. Bajo la influencia de enzimas. topoisomerasas de ADN Y ADN helicasas la cadena se desenrolla y se rompen los enlaces de hidrógeno. Luego viene la separación fragmentaria de la doble cadena de ADN con la formación horquilla de replicación . Las enzimas impiden que las cadenas de ADN se vuelvan a unir.

2) Alargamiento

La síntesis de la cadena hija de ADN se produce gracias a la enzima. ADN polimerasas , que se mueve en la dirección 5" 3" , seleccionando nucleótidos según el principio de complementariedad. La cadena principal se sintetiza de forma continua, mientras que la cadena retrasada se sintetiza de forma intermitente. Enzima ADN ligasa conecta fragmentos de Okazaki . Las proteínas correctoras especiales reconocen errores y eliminan los nucleótidos incorrectos.

3) Terminación

El final de la replicación ocurre cuando dos bifurcaciones de replicación se encuentran. Se eliminan los componentes proteicos, las moléculas de ADN se enrollan en espiral.

Propiedades del código genético.

• * triplicar - cada aminoácido está codificado por un código de 3 nucleótidos.
• * inequívoco - cada triplete codifica sólo un ácido específico.
• * Degenerar - cada aminoácido está codificado por varios tripletes (2-6). Sólo dos de ellos están codificados por un triplete: triptófano y metionina.
• * No superpuestos - cada codón es una unidad independiente y la información genética se lee sólo de una manera y en una dirección
• * Versátil - lo mismo para todos los organismos. Los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos en diferentes organismos.

Codigo genetico

La implementación de la información hereditaria sigue el esquema gen-proteína-rasgo.

Gene - una sección de una molécula de ADN que transporta información sobre la estructura primaria de una molécula de proteína y es responsable de su síntesis.

Codigo genetico - el principio de codificar información hereditaria en una célula. Es una secuencia de tripletes de nucleótidos en NK, que establece un cierto orden de aminoácidos en las proteínas. La información contenida en una secuencia lineal de nucleótidos se utiliza para crear otra secuencia.

De 4 nucleótidos se pueden formar 64 trillizo , 61 de los cuales codifican aminoácidos. codones de parada - Los trillizos UAA, UAG, UGA detienen la síntesis de la cadena polipeptídica.

codón de inicio - el triplete AUG determina el inicio de la síntesis de la cadena polipeptídica.

Biosíntesis de proteínas

Uno de los principales procesos del metabolismo plástico. Algunas reacciones tienen lugar en el núcleo, otras en el citoplasma. Componentes necesarios: ATP, ADN, ARNm, ARNt, ARNr, Mg 2+, aminoácidos, enzimas. Consta de 3 procesos:

• - transcripción : síntesis de ARNm
• - Procesando : conversión de ARNm en ARNm
• - transmisión : síntesis de proteínas

El ADN contiene información sobre la estructura de la proteína en forma de secuencia de aminoácidos, pero como los genes no abandonan el núcleo, no participan directamente en la biosíntesis de la molécula de proteína. El I-ARN se sintetiza en el núcleo celular junto con el ADN y transfiere información del ADN al sitio de síntesis de proteínas (ribosomas). Luego, con la ayuda del t-RNA, se seleccionan del citoplasma los aminoácidos complementarios del mRNA. De esta forma se sintetizan cadenas polipeptídicas.

Transcripción

1) Iniciación

La síntesis de moléculas de ARNm a partir de ADN puede ocurrir en el núcleo, las mitocondrias y los plastidios. Bajo la acción de las enzimas ADN helicasa y ADN topoisomerasa, una sección de la molécula de ADN se desenrolla , los enlaces de hidrógeno se rompen. La información se lee de una sola cadena de ADN, que se llama codificación codogénico . Enzima ARN polimerasa se conecta con promotor - Zona de ADN que contiene la señal de inicio TATA.

2) Alargamiento

El proceso de disposición de nucleótidos según el principio. complementariedad . La ARN polimerasa se mueve a lo largo de la cadena codificante y une los nucleótidos para formar una cadena de polinucleótidos. El proceso continúa hasta codón de parada .

3) Terminación

Fin de la síntesis: la enzima y la molécula de ARN sintetizada se separan del ADN, se restablece la doble hélice del ADN.

Procesando

Conversión de una molécula de ARNm en ARNm durante empalme en el núcleo bajo la acción de enzimas. Eliminación en curso intrones - áreas que no contienen información sobre la secuencia de aminoácidos y el entrecruzamiento exones - regiones que codifican la secuencia de aminoácidos. Luego viene la adición del codón de parada AUG, la protección del extremo de 5" y la poliadenilación para proteger el extremo de 3". Se forma ARNm maduro, es más corto y va a los ribosomas.

Transmisión

El proceso de traducir la secuencia de nucleótidos de los tripletes de ARNm a la secuencia de aminoácidos de una cadena polipeptídica. Procede en el citoplasma sobre los ribosomas.

1) Iniciación

El ARNm sintetizado pasa a través de los poros nucleares hasta el citoplasma, donde, con la ayuda de enzimas y energía ATP, se combina con pequeño subunidad de ribosomas. Luego el ARNt iniciador con aminoácido metianina se une al centro peptidilo. Además, en presencia de Mg 2+, se produce la adición. grande subunidades.

2) Alargamiento

Extensión de la cadena proteica. Los aminoácidos se entregan a los ribosomas utilizando su propio ARNt. La forma de la molécula de ARNt se asemeja a un trébol, cuyo centro tiene anticodón , complementario a los nucleótidos del codón del ARNm. El aminoácido correspondiente se añade a la base opuesta de la molécula de ARNt.

El primer ARNt está anclado en peptidilo centro, y el segundo - en aminoacial . Entonces los aminoácidos se acercan y péptido Conexión, aparece un dipéptido, el primer ARNt ingresa al citoplasma. Después de esto, el ribosoma produce 1 trinucleótido. paso por ARNm. Como resultado, el segundo ARNt termina en el centro peptidilo, liberando el centro aminoacilo. El proceso de adición de un aminoácido requiere la energía del ATP y requiere la presencia de una enzima. aminoacil-tRNA sintetasa .

3) Terminación

Cuando un codón de parada ingresa al centro aminoacial, se completa la síntesis y se agrega agua al último aminoácido. El ribosoma se elimina del ARNm y se divide en 2 subunidades, el ARNt regresa al citoplasma.

Ácidos nucleicos.

Los ácidos nucleicos (NA) fueron descubiertos por primera vez en 1869 por el bioquímico suizo Friedrich Miescher.

Los NA son heteropolímeros lineales y no ramificados cuyos monómeros son nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster.

El nucleótido consta de:

base de nitrogeno

Purinas (adenina (A) y guanina (G): sus moléculas constan de 2 anillos: 5 y 6 miembros),

Pirimidina (citosina (C), timina (T) y uracilo (U) - un anillo de seis miembros);

carbohidrato (anillo de azúcar de 5 carbonos): ribosa o desoxirribosa;

residuo de ácido fosfórico.

Hay 2 tipos de NK: ADN y ARN. Los NK proporcionan almacenamiento, reproducción e implementación de información genética (hereditaria). Esta información está codificada en forma de secuencias de nucleótidos. La secuencia de nucleótidos refleja la estructura primaria de las proteínas. La correspondencia entre los aminoácidos y las secuencias de nucleótidos que los codifican se llama codigo genetico. Unidad codigo genetico El ADN y el ARN son trillizo– una secuencia de tres nucleótidos.

ADN (ácido desoxirribonucleico) es un ácido nucleico cuyos monómeros son desoxirribonucleótidos; es el portador materno de información genética. Aquellos. Toda la información sobre la estructura, funcionamiento y desarrollo de las células individuales y de todo el organismo se registra en forma de secuencias de nucleótidos de ADN.

La estructura primaria del ADN es una molécula monocatenaria (fagos).

La disposición adicional de la macromolécula polimérica se denomina estructura secundaria. En 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura secundaria del ADN: la doble hélice. En esta hélice, los grupos fosfato están en el exterior de las hélices y las bases en el interior, espaciados a intervalos de 0,34 nm. Las cadenas se mantienen unidas mediante enlaces de hidrógeno entre las bases y están enrolladas entre sí y alrededor de un eje común.

Las bases de las hebras antiparalelas forman pares complementarios (mutuamente complementarios) debido a los enlaces de hidrógeno: A = T (2 conexiones) y G ≡ C (3 conexiones).

El fenómeno de la complementariedad en la estructura del ADN fue descubierto en 1951 por Erwin Chargaff.

Regla de Chargaff: el número de bases púricas es siempre igual al número de bases pirimidínicas (A + G) = (T + C).

La estructura terciaria del ADN es el plegamiento adicional de una molécula de doble hebra en bucles debido a los enlaces de hidrógeno entre espiras adyacentes de la hélice (superenrollamiento).

La estructura cuaternaria del ADN son las cromátidas (2 hebras de cromosoma).

Los patrones de difracción de rayos X de las fibras de ADN, obtenidos por primera vez por Morris Wilkins y Rosalind Franklin, indican que la molécula tiene una estructura helicoidal y contiene más de una cadena de polinucleótidos.

Hay varias familias de ADN: formas A, B, C, D, Z. La forma B suele encontrarse en las células. Todas las formas excepto Z son espirales de derechas.

Replicación (autoduplicación) del ADN. - Este es uno de los procesos biológicos más importantes que asegura la reproducción de la información genética. La replicación comienza con la separación de dos hebras complementarias. Cada hebra se utiliza como plantilla para formar una nueva molécula de ADN. Las enzimas participan en el proceso de síntesis de ADN. Cada una de las dos moléculas hijas incluye necesariamente una hélice antigua y una nueva. La nueva molécula de ADN es absolutamente idéntica a la anterior en cuanto a la secuencia de nucleótidos. Este método de replicación garantiza una reproducción precisa en las moléculas hijas de la información que se registró en la molécula de ADN madre.

Como resultado de la replicación de una molécula de ADN, se forman dos nuevas moléculas, que son una copia exacta de la molécula original: matrices. Cada nueva molécula consta de dos cadenas: una de la madre y otra de la hermana. Este mecanismo de replicación del ADN se llama semiconservador.

Las reacciones en las que una molécula de heteropolímero sirve como plantilla (forma) para la síntesis de otra molécula de heteropolímero con una estructura complementaria se denominan reacciones tipo matriz. Si durante una reacción se forman moléculas de la misma sustancia que sirven de matriz, entonces la reacción se llama autocatalítico. Si, durante una reacción, se forman moléculas de otra sustancia en la matriz de una sustancia, entonces dicha reacción se llama heterocatalítico. Por lo tanto, la replicación del ADN (es decir, la síntesis de ADN en una plantilla de ADN) es Reacción de síntesis de matriz autocatalítica.

Las reacciones de tipo matricial incluyen:

Replicación del ADN (síntesis de ADN sobre una plantilla de ADN),

Transcripción de ADN (síntesis de ARN sobre una plantilla de ADN),

Traducción de ARN (síntesis de proteínas sobre una plantilla de ARN).

Sin embargo, existen otras reacciones de tipo plantilla, por ejemplo, la síntesis de ARN sobre una plantilla de ARN y la síntesis de ADN sobre una plantilla de ARN. Los dos últimos tipos de reacciones se observan cuando las células se infectan con ciertos virus. Síntesis de ADN en una plantilla de ARN ( transcripción inversa) se utiliza ampliamente en ingeniería genética.

Todos los procesos matriciales constan de tres etapas: iniciación (inicio), elongación (continuación) y terminación (fin).

La replicación del ADN es un proceso complejo en el que participan varias docenas de enzimas. Los más importantes incluyen ADN polimerasas (varios tipos), primasas, topoisomerasas, ligasas y otras. el problema principal Durante la replicación del ADN es que en diferentes cadenas de una molécula, los residuos de ácido fosfórico se dirigen en diferentes direcciones, pero la extensión de la cadena solo puede ocurrir desde el extremo que termina con un grupo OH. Por lo tanto, en la región replicada, que se llama horquilla de replicación, el proceso de replicación ocurre de manera diferente en diferentes cadenas. En una de las hebras, llamada hebra principal, se produce una síntesis continua de ADN sobre una plantilla de ADN. En la otra cadena, llamada cadena retrasada, la unión ocurre primero. cebador– un fragmento específico de ARN. El cebador sirve como cebador para la síntesis de un fragmento de ADN llamado fragmento de Okazaki. Posteriormente, se retira el cebador y los fragmentos de Okazaki se unen en una sola hebra de la enzima ADN ligasa. La replicación del ADN va acompañada. reparación– corregir errores que inevitablemente surgen durante la replicación. Hay muchos mecanismos de reparación.

La replicación ocurre antes de la división celular. Gracias a esta capacidad del ADN, la información hereditaria se transfiere de la célula madre a las células hijas.

ARN (ácido ribonucleico) Es un ácido nucleico cuyos monómeros son ribonucleótidos.

Dentro de una molécula de ARN hay varias regiones que son complementarias entre sí. Entre dichas regiones complementarias se forman enlaces de hidrógeno. Como resultado, en una molécula de ARN se alternan estructuras bicatenarias y monocatenarias, y la conformación general de la molécula se asemeja a una hoja de trébol.

Las bases nitrogenadas que forman el ARN son capaces de formar enlaces de hidrógeno con bases complementarias tanto en el ADN como en el ARN. En este caso, las bases nitrogenadas forman pares A=U, A=T y G≡C. Gracias a esto se puede transferir información del ADN al ARN, del ARN al ADN y del ARN a las proteínas.

Hay tres tipos principales de ARN que se encuentran en las células y que realizan diferentes funciones:

1. Información, o matriz ARN (ARNm o ARNm). Función: matriz de síntesis de proteínas. Constituye el 5% del ARN celular. Transfiere información genética del ADN a los ribosomas durante la biosíntesis de proteínas. En las células eucariotas, el ARNm (ARNm) está estabilizado por proteínas específicas. Esto hace posible que la biosíntesis de proteínas continúe incluso si el núcleo está inactivo.

El ARNm es una cadena lineal con varias regiones con diferentes roles funcionales:

a) en el extremo de 5" hay una tapa ("tapa") que protege el ARNm de las exonucleasas,

b) le sigue una región no traducida, complementaria a la sección de ARNr, que forma parte de la subunidad pequeña del ribosoma,

c) la traducción (lectura) del ARNm comienza con el codón de iniciación AUG, que codifica la metionina,

d) el codón de inicio va seguido de una parte codificante, que contiene información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína.

2. ribosomal, o ribosomal ARN (ARNr). Constituye el 85% del ARN celular. En combinación con proteínas, forma parte de los ribosomas y determina la forma de las subunidades ribosómicas grandes y pequeñas (subunidades 50-60S y 30-40S). Participan en la traducción: lectura de información del ARNm en la síntesis de proteínas.

Las subunidades y los ARNr que los constituyen suelen designarse por su constante de sedimentación. S - coeficiente de sedimentación, unidades de Svedberg. El valor S caracteriza la velocidad de sedimentación de las partículas durante la ultracentrifugación y es proporcional a su peso molecular. (Por ejemplo, el ARNr procariótico con un coeficiente de sedimentación de 16 unidades de Svedberg se denomina ARNr 16S).

Así, se distinguen varios tipos de ARNr, que se diferencian en la longitud de la cadena polinucleotídica, la masa y la localización en los ribosomas: 23-28S, 16-18S, 5S y 5,8S. Tanto los ribosomas procarióticos como los eucariotas contienen 2 ARN diferentes de alto peso molecular, uno para cada subunidad, y un ARN de bajo peso molecular: el ARN 5S. Los ribosomas eucariotas también contienen ARN 5,8S de bajo peso molecular. Por ejemplo, los procariotas sintetizan ARNr 23S, 16S y 5S, y los eucariotas sintetizan 18S, 28S, 5S y 5,8S.

Ribosoma 80S (eucariota)

Subunidad pequeña 40S Subunidad grande 60S

18SrRNA (~2000 nucleótidos), - 28SrRNA (~4000 nt),

5,8 SpARN (~155 nt),

5SpARN (~121 nt),

~30 proteínas. ~45 proteínas.

Ribosoma 70S (procariótico)

Subunidad pequeña 30S Subunidad grande 50S

16SpARN, - 23SpARN,

~20 proteínas. ~30 proteínas.

Una molécula grande de ARNr altamente polimérico (constante de sedimentación 23-28S, localizada en las subunidades ribosómicas 50-60S).

Una pequeña molécula de ARNr con alto contenido de polímero (constante de sedimentación 16-18S, localizada en subunidades ribosómicas 30-40S).

En todos los ribosomas sin excepción, el ARNr 5S bajo en polímero está presente y se localiza en las subunidades ribosómicas 50-60S.

El ARNr de bajo polímero con una constante de sedimentación de 5,8 S es característico únicamente de los ribosomas eucariotas.

Así, los ribosomas contienen tres tipos de ARNr en procariotas y cuatro tipos de ARNr en eucariotas.

La estructura primaria del ARNr es una cadena de polirribonucleótidos.

La estructura secundaria del ARNr es la espiralización de la cadena de polirribonucleótidos sobre sí misma (las secciones individuales de la cadena de ARN forman bucles en espiral: "horquillas").

Estructura terciaria de ARNr con alto contenido de polímeros: interacciones de elementos helicoidales de estructura secundaria.

3. Transporte ARN (ARNt). Constituye el 10% del ARN celular. Transfiere el aminoácido al sitio de síntesis de proteínas, es decir. a los ribosomas. Cada aminoácido tiene su propio ARNt.

La estructura primaria del ARNt es una cadena de polirribonucleótidos.

La estructura secundaria del ARNt es un modelo de “hoja de trébol”, en esta estructura hay 4 regiones bicatenarias y 5 monocatenarias.

La estructura terciaria del ARNt es estable; la molécula se pliega en una estructura en forma de L (2 hélices casi perpendiculares entre sí).

Todos los tipos de ARN se forman como resultado de reacciones de síntesis de plantillas. En la mayoría de los casos, una de las cadenas de ADN sirve como plantilla. Por tanto, la biosíntesis de ARN sobre una plantilla de ADN es una reacción heterocatalítica del tipo plantilla. Este proceso se llama transcripción y está controlado por ciertas enzimas: ARN polimerasas (transcriptasas).

La síntesis de ARN (transcripción de ADN) implica copiar información del ADN al ARNm.

Diferencias entre síntesis de ARN y síntesis de ADN:

Asimetría del proceso: solo se utiliza una hebra de ADN como plantilla.

Proceso conservador: la molécula de ADN vuelve a su estado original al finalizar la síntesis de ARN. Durante la síntesis de ADN, las moléculas se renuevan a medias, lo que hace que la replicación sea semiconservadora.

La síntesis de ARN no requiere ningún cebador para comenzar, pero la replicación del ADN requiere un cebador de ARN.