Синтез Наступний, і, напевно, завершальний (чому завершує, ми побачимо нижче) всю західну політичну думку, етап пов'язаний з діалектикою Гегеля. ».

В обміні речовин організму провідна роль належить білкам та нуклеїновим кислотам.

Білкові речовини становлять основу всіх життєво важливих структур клітини, мають надзвичайно високу реакційну здатність, наділені каталітичними функціями.

Нуклеїнові кислотивходять до складу найважливішого органу клітини - ядра, а також цитоплазми, рибосом, мітохондрій і т. д. Нуклеїнові кислоти відіграють важливу, першорядну роль у спадковості, мінливості організму, синтезі білка.

План синтезубілка зберігається в ядрі клітини, а безпосередньо синтезвідбувається поза ядром, тому необхідна допомогадля доставки закодованого плану з ядра до місця синтезу. Таку допомогавиявляють молекули РНК.

Процес починається в ядрі клітини:розкручується та відкривається частина «сходів» ДНК. Завдяки цьому літери РНК утворюють зв'язки з відкритими літерамиДНК однієї з ниток ДНК. Фермент переносить букви РНК, щоб з'єднати в нитку. Так букви ДНК «переписуються» у букви РНК. Новостворений ланцюжок РНК відокремлюється, і «драбина» ДНК знову закручується.

Після подальших змін цей вид закодованої РНК готовий.

РНК виходить із ядраі прямує до місця синтезу білка, де літери РНК розшифровуються. Кожен набір із трьох букв РНК утворює «слово», що означає одну конкретну амінокислоту.

Інший вид РНК шукає цю амінокислоту, захоплює її з допомогою ферменту і доставляє до місця синтезу білка. У міру прочитання та перекладу повідомлення РНК ланцюжок амінокислот зростає. Цей ланцюжок закручується та укладається в унікальну форму, створюючи один вид білка.
Примітний навіть процес укладання білка: те щоб за допомогою комп'ютера прорахувати всі можливості укладання білка середнього розміру, що з 100 амінокислот, знадобилося б 10 27 років. А для утворення в організмі ланцюжка з 20 амінокислот потрібно не більше однієї секунди – і цей процес відбувається безперервно у всіх клітинах тіла.

Гени, генетичний код та його властивості.

На Землі мешкає близько 7 млрд людей. Якщо не рахувати 25-30 млн пар однояйцевих близнюків, то генетично всі люди різні: кожен унікальний, має неповторні спадкові особливості, властивості характеру, здібності, темперамент.

Такі відмінності пояснюються відмінностями у генотипах-наборах генів організму; у кожного він унікальний. Генетичні ознаки конкретного організму втілюються у білках- отже, і будова білка однієї людини відрізняється, хоч і зовсім небагато, від білка іншої людини.

Це не значитьщо у людей не зустрічається абсолютно однакових білків. Білки, що виконують ті самі функції, можуть бути однаковими або зовсім незначно відрізнятися однією-двома амінокислотами один від одного. Але не існує на Землі людей (за винятком однояйцеві близнюки), у яких всі білки були б однакові.

Інформація про первинної структурибілказакодована у вигляді послідовності нуклеотидів у ділянці молекули ДНК гені – одиниці спадкової інформації організму. Кожна молекула ДНК містить множину генів. Сукупність усіх генів організму складає його генотип .

Кодування спадкової інформації відбувається за допомогою генетичного коду , який універсальний всім організмів і відрізняється лише чергуванням нуклеотидів, що утворюють гени, і кодують білки конкретних організмів.

Генетичний код складається з трійок (триплетів) нуклеотидівДНК, що комбінуються в різній послідовності(ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ тощо), кожен з яких кодує певну амінокислоту(яка буде вбудована в поліпептидний ланцюг).

Амінокислот 20, а можливостейдля комбінацій чотирьох нуклеотидів у групи по три – 64 чотирьох нуклеотидів цілком достатньо, щоб кодувати 20 амінокислот

тому одна амінокислотаможе кодуватися кількома триплетами.

Частина триплетів зовсім не кодує амінокислоти, а запускаєабо зупиняєбіосинтез білка.

Власне кодомвважається послідовність нуклеотидів у молекулі і-РНК, т.к. вона знімає інформацію з ДНК (процес транскрипції) і переводить її в послідовність амінокислот у молекулах синтезованих білків (процес трансляції).

До складу і-РНК входять нуклеотиди АЦГУ, триплети яких називаються кодонами: триплет ДНК ЦГТ на і-РНК стане триплетом ГЦА, а триплет ДНК ААГ стане триплетом УУЦ.

Саме кодонами і-РНКвідображається генетичний код у записі.

Таким чином, генетичний код - єдина системазаписи спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Генетичний код заснованийна використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв-нуклеотидів, що відрізняються азотистими основами: А, Т, Г, Ц.

Основні властивості генетичного коду :

1. Генетичний код триплетен.Триплет (кодон) – послідовність трьох нуклеотидів, що кодує одну амінокислоту. Оскільки до складу білків входить 20 амінокислот, то очевидно, що кожна з них не може кодуватися одним нуклеотидом (оскільки в ДНК всього чотири типи нуклеотидів, то в цьому випадку 16 амінокислот залишаються незакодованими). Двох нуклеотидів для кодування амінокислот також не вистачає, оскільки в цьому випадку може бути закодовано лише 16 амінокислот. Значить, найменше числонуклеотидів, що кодують одну амінокислоту, виявляється рівним трьом. (У цьому випадку кількість можливих триплетів нуклеотидів становить 43 = 64).

2. Надмірність (виродженість)коду є наслідком його триплетності і означає те, що одна амінокислота може кодуватися кількома триплетами (оскільки амінокислот 20, а триплетів - 64), за винятком метіоніну та триптофану, які кодуються лише одним триплетом. Крім того, деякі триплети виконують специфічні функції: у молекулі іРНК триплети УАА, УАГ, УГА - є термінуючими кодонами, тобто стоп-сигналами, що припиняють синтез поліпептидного ланцюга. Триплет, що відповідає метіоніну (АУГ), що стоїть на початку ланцюга ДНК, не кодує амінокислоту, а виконує функцію ініціювання (збудження) зчитування.

3. Одночасно з надмірністю коду властива властивість однозначності: кожному кодону відповідає лише одна певна амінокислота.

4. Код коллінеарен,тобто. послідовність нуклеотидів у гені точно відповідає послідовності амінокислот у білку.

5. Генетичний код неперекривається і компактний, Т. е. не містить «розділових знаків». Це означає, що процес зчитування не допускає можливості перекривання колонів (триплетів), і, розпочавшись на певному кодоні, зчитування триває безперервно триплет за триплетом аж до стоп-сигналів ( термінуючих кодонів).

6. Генетичний код універсальний, тобто ядерні гени всіх організмів однаково кодують інформацію про білки незалежно від рівня організації та систематичного становищацих організмів.

Існують таблиці генетичного коду для розшифрування кодонів і-РНК та побудови ланцюжків білкових молекул.

Реакції матричного синтезу.

У живих системах зустрічаються реакції, невідомі в неживій природі. реакції матричного синтезу .

Терміном "матриця"в техніці позначають форму, що використовується для виливки монет, медалей, друкарського шрифту: затверділий метал точно відтворює всі деталі форми, що служила для виливки. Матричний синтезнагадує виливок на матриці: нові молекули синтезуються у точній відповідності до плану, закладеного в структурі вже існуючих молекул.

Матричний принцип лежить в основінайважливіших синтетичних реакцій клітини, таких як синтез нуклеїнових кислот та білків. У цих реакціях забезпечується точна, суворо специфічна послідовність мономерних ланок синтезованих полімерах.

Тут відбувається спрямоване стягування мономерів у певне місцеклітини – на молекули, що служать матрицею, де реакція протікає. Якби такі реакції відбувалися внаслідок випадкового зіткнення молекул, вони протікали б нескінченно повільно. Синтез складних молекул на основі матричного принципу здійснюється швидко та точно.

Роль матриціу матричних реакціях грають макромолекули нуклеїнових кислот ДНК чи РНК.

Мономірні молекули, З яких синтезується полімер, - нуклеотиди або амінокислоти - відповідно до принципу комплементарності розташовуються і фіксуються на матриці в строго визначеному, заданому порядку.

Потім відбувається "зшивання" мономерних ланок у полімерний ланцюгі готовий полімер скидається з матриці.

Після цього матриця готовадо збирання нової полімерної молекули. Зрозуміло, що як на цій формі може проводитися виливок тільки якоїсь однієї монети, однієї літери, так і на цій матричній молекулі може йти "складання" лише одного полімеру.

Матричний тип реакцій- Специфічна особливість хімізму живих систем. Вони є основою фундаментальної властивості всього живого – його здатність до відтворення собі подібного.

До реакцій матричного синтезу відносять:

1. реплікацію ДНК - Процес самоподвоєння молекули ДНК, що здійснюється під контролем ферментів. На кожному з ланцюгів ДНК, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази синтезується дочірній ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, що є в цитоплазмі клітин.

Біологічний сенс реплікації полягає у точній передачі спадкової інформації від материнської молекули до дочірніх, що у нормі і відбувається при розподілі соматичних клітин.

Молекула ДНК і двох комплементарних ланцюгів. Ці ланцюги утримуються слабкими водневими зв'язками, здатними розриватися під впливом ферментів.

Молекула здатна до самоподвоєння (реплікації), причому на кожній старій половині молекули синтезується її нова половина.

Крім того, на молекулі ДНК може синтезуватися молекула іРНК, яка потім переносить отриману від ДНК інформацію до місця синтезу білка.

Передача інформації та синтез білка йдуть за матричним принципом, який можна порівняти з роботою друкарського верстата в друкарні. Інформація від ДНК багаторазово копіюється. Якщо при копіюванні будуть помилки, то вони повторяться у всіх наступних копіях.

Щоправда, деякі помилки при копіюванні інформації молекулою ДНК можуть виправлятися - процес усунення помилок називається репарацією. Першою з реакцій у процесі передачі є реплікація молекули ДНК і синтез нових ланцюгів ДНК.

2. транскрипцію - синтез і-РНК на ДНК, процес зняття інформації з молекули ДНК, що синтезується на ній молекулою і-РНК.

І-РНК складається з одного ланцюга та синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності за участю ферменту, який активує початок та кінець синтезу молекули і-РНК.

Готова молекула і-РНК виходить у цитоплазму на рибосоми, де відбувається синтез поліпептидних ланцюгів.

3. трансляцію - синтез білка на іРНК; процес перекладу інформації, що міститься в послідовності нуклеотидів і-РНК, послідовність амінокислот в поліпептиді.

4 .синтез РНК чи ДНК на РНК вірусів

Послідовність матричних реакцій при біосинтезі білків можна у вигляді схеми:

Таким чином, біосинтез білка– це один із видів пластичного обміну, у ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах.

Молекули білків по суті є поліпептидні ланцюжки, Складені з окремих амінокислот. Але амінокислоти недостатньо активні, щоб поєднатися між собою самостійно. Тому, перш ніж з'єднатися один з одним та утворити молекулу білка, амінокислоти повинні активуватись. Ця активація відбувається під впливом спеціальних ферментів.

В результаті активування амінокислота стає лабільнішою і під дією того ж ферменту зв'язується з т-РНК. Кожній амінокислоті відповідає суворо специфічна т-РНК, яка знаходить«свою» амінокислоту та переноситьїї в рибосому.

Отже, у рибосому надходять різні активовані амінокислоти, з'єднані зі своїми т-РНК. Рибосома є як би конвеєрдля складання ланцюжка білка з різних амінокислот, що надходять до нього.

Одночасно з т-РНК, на якій сидить своя амінокислота, в рибосому надходить. сигнал»від ДНК, що міститься у ядрі. Відповідно до цього сигналу в рибосомі синтезується той чи інший білок.

Напрямний вплив ДНК на синтез білка здійснюється безпосередньо, а з допомогою особливого посередника – матричноїабо інформаційної РНК (м-РНКабо і-РНК),яка синтезується в ядріпід впливом ДНК, тому її склад відбиває склад ДНК. Молекула РНК є як би зліпок з форми ДНК. Синтезована і-РНК надходить у рибосому і передає цій структурі план- в якому порядку повинні з'єднуватися один з одним активовані амінокислоти, що надійшли в рибосому, щоб синтезувався певний білок. Інакше, генетична інформація, закодована в ДНК, передається на і-РНК і далі білок.

Молекула і-РНК надходить у рибосому та прошиваєїї. Той її відрізок, який знаходиться зараз у рибосомі, визначений кодоном (триплет), взаємодіє цілком специфічно з відповідним щодо нього за будовою триплетом (антикодоном) у транспортній РНК, яка принесла в рибосому амінокислоту.

Транспортна РНК зі своєю амінокислотою підходитьдо певного кодону і-РНК та з'єднуєтьсяз ним; до наступної, сусідньої ділянки і-РНК приєднується інша т-РНК з іншою амінокислотоюі так до тих пір, поки не буде рахований весь ланцюжок і-РНК, поки не нанижуться всі амінокислоти у відповідному порядку, утворюючи молекулу білка.

А т-РНК, яка доставила амінокислоту до певної ділянки поліпептидного ланцюга, звільняється від своєї амінокислотиі виходить із рибосоми.

Потім знову у цитоплазмідо неї може приєднатися необхідна амінокислота, і вона знову перенесеїї в рибосому.

У процесі синтезу білка бере участь одночасно одна, а кілька рибосом - полирибосомы.

Основні етапи передачі генетичної інформації:

синтез на ДНК як на матриці і-РНК (транскрипція)

синтез у рибосомах поліпептидного ланцюга за програмою, що міститься в іРНК (трансляція).

Етапи універсальні всім живих істот, але тимчасові і просторові взаємини цих процесів різняться у про- і еукаріотів.

У еукаріоттранскрипція та трансляція строго розділені у просторі та часі: синтез різних РНК відбувається в ядрі, після чого молекули РНК мають залишити межі ядра, пройшовши через ядерну мембрану. Потім у цитоплазмі РНК транспортуються до місця синтезу білка – рибосом. Лише після цього настає наступний етап – трансляція.

У прокаріотів транскрипція і трансляція йдуть одночасно.

Таким чином,

місцем синтезу білків і всіх ферментів у клітині є рибосоми - це як би «фабрики»білка, як складальний цех, куди надходять всі матеріали, необхідні для збирання поліпептидного ланцюжка білка з амінокислот. Природа білка, що синтезуєтьсязалежить від будови і-РНК, від порядку розташування в ній нуклеоїдів, а будова і-РНК відображає будову ДНК, так що зрештою специфічна будова білка, тобто порядок розташування в ньому різних амінокислот, залежить від порядку розташування нуклеоїдів у ДНК від будови ДНК.

Викладена теорія біосинтезу білка отримала назву матричної теорії.Матричною ця теорія називається тому, Що нуклеїнові кислоти грають як би роль матриць, в яких записана вся інформація щодо послідовності амінокислотних залишків у молекулі білка.

Створення матричної теорії біосинтезу білка та розшифрування амінокислотного кодує найбільшим науковим досягненням ХХ століття, найважливішим кроком шляху до з'ясування молекулярного механізму спадковості.

Тематичні завдання

А1. Яке із тверджень неправильне?

1) генетичний код універсальний

2) генетичний код вироджено

3) генетичний код індивідуальний

4) генетичний код триплетен

А2. Один триплет ДНК кодує:

1) послідовність амінокислот у білку

2) одна ознака організму

3) одну амінокислоту

4) кілька амінокислот

А3. «Знаки пунктуації» генетичного коду

1) запускають синтез білка

2) припиняють синтез білка

3) кодують певні білки

4) кодують групу амінокислот

А4. Якщо у жаби амінокислота ВАЛІН кодується триплетом ГУУ, то собака ця амінокислота може кодуватися триплетами:

1) ГУА та ГУГ

2) УУЦ та УЦА

3) ЦУЦ та ЦУА

4) УАГ та УГА

А5. Синтез білка завершується у момент

1) впізнавання кодону антикодоном

2) надходження і-РНК на рибосоми

3) появи на рибосомі «розділового знака»

4) приєднання амінокислоти до т-РНК

А6. Вкажіть пару клітин, в якій у однієї людини міститься різна генетична інформація?

1) клітини печінки та шлунка

2) нейрон та лейкоцит

3) м'язова та кісткова клітини

4) клітина язика та яйцеклітина

А7. Функція і-РНК у процесі біосинтезу

1) зберігання спадкової інформації

2) транспорт амінокислот на рибосоми

3) передача інформації на рибосоми

4) прискорення процесу біосинтезу

А8. Антикодон т-РНК складається із нуклеотидів УЦГ. Який триплет ДНК йому комплементарний?

Матричний синтез

Здатність генетичного матеріалу, ДНК до самовідтворення (реплікації) лежить в основі розмноження живих організмів, передачі спадкових властивостейз покоління до покоління та розвитку багатоклітинного організму із зиготи. Модель ДНК Вотсона та Крику відразу ж дозволила зрозуміти принцип подвоєння ДНК. Оскільки кожен з ланцюгів ДНК містить послідовність нуклеотидів, комплементарну іншого ланцюга, тобто їх інформаційний зміст ідентично, здавалося цілком логічним, що при подвоєнні ДНК ланцюга розходяться, а потім кожен ланцюг служить матрицею, на якій вибудовується комплементарний їй новий ланцюг ДНК. В результаті утворюються два дуплекси ДНК, кожен з яких складається з одного ланцюга вихідної батьківської молекули ДНК та одного новосинтезованого ланцюга. Експериментально показано, що саме так, за напівконсервативним механізмом , відбувається реплікація ДНК.

Незважаючи на простоту основного принципу, процес реплікації складно організований і вимагає участі багатьох білків. Ці білки, як і інші, закодовані в послідовності нуклеотидів ДНК. Таким чином, виникає найважливіша для життя петля зворотнього зв'язку: ДНК спрямовує синтез білків, які реплікують ДНК

ДНК-полімерази

Комплементарне копіювання матриці здійснюють ферменти ДНК-залежні ДНК-полімерази або просто ДНК-полімерази. ДНК-полімерази ведуть синтез ДНК на одноланцюжковій матриці фрагмент зростаючого ланцюга ДНК. ДНК-полімерази послідовно нарощують кінець затравки, крок за кроком приєднуючи до нього наступні нуклеотиди, причому вибір чергового нуклеотиду для приєднання до кінця затравки диктується матрицею.

Черговий нуклеотид, субстрат для ДНК-полімерази, надходить у реакцію в активованій високоенергетичній формі дезокси-рибонуклеозидтрифосфату. У цьому відношенні синтез ДНК нагадує синтез всіх інших біополімерів: оскільки полімеризація мономерів у полімер енергетично не вигідна, мономери завжди надходять у реакцію синтезу активованою формою. У разі синтезу ДНК приєднання чергового нуклеотиду до кінця затравки супроводжується гідролізом багатою енергією зв'язку та відщепленням пірофосфату, що робить реакцію в цілому енергетично вигідною. Наявність у клітині пірофосфатази забезпечує розщеплення пірофосфату та робить реакцію практично незворотною. При полімеризації завжди зростає 3"-кінець затравки, тобто синтез відбувається в напрямку 5"→ 3": 3"-ОН-група кінцевого нуклеотиду затравки атакує a-фосфат чергового дезоксирибонуклеозидтрифосфату (але тільки в тому випадку, якщо він комплементарний черговому нуклеотиду матриці), в результаті чого відщеплюється пірофосфат, а дезоксирибонуклеозид-монофосфат виявляється пов'язаним фосфодіефірним зв'язком з зростаючим ланцюгом ДНК, подовжуючи її на одну ланку.

Затравка антипаралельна матриці. Природно, ця полярність зберігається і при її подальшому зростанні, тому результатом роботи ДНК-полімерази на одноланцюжковій матриці є антипаралельна подвійна спіраль ДНК.

ДНК-полімерази байдужі до послідовності нуклеотидів матриці; Завдання цих ферментів - зняти точну копію з матриці, з якої - неважливо.

Точність синтезу ДНК та корекція

Нормальне розмноження клітин потребує високої точності копіювання ДНК-матриці. Генетичний матеріал живих організмів має величезні розміри. Виявляється, у всіх організмів точність роботи реплікативної машини (що включає не тільки ДНК-полімерази, а й інші білки) саме така, щоб забезпечити безпомилкове відтворення всього геному або допустити лише малу кількість помилок. Так, у бактерій помилки синтезу ДНК відбуваються не частіше ніж один раз на багато мільйонів нуклеотидів. Молекулярні взаємодії, на яких ґрунтуються ферментативні реакції, зокрема синтез ДНК, не можуть бути абсолютно надійними, крім того, точність процесу пов'язана з його швидкістю. Для того щоб забезпечити високу точність поряд із високою швидкістю реплікації, природі довелося вдатися до спеціальних механізмів, один з яких – механізм корекції.

ДНК-полімерази перевіряють комплементарність кожного нуклеотиду матриці двічі: один раз перед включенням його до складу зростаючого ланцюга і другий раз перед тим, як включити наступний нуклеотид. Черговий фосфодіефірний зв'язок утворюється лише в тому випадку, якщо останній (3"-кінцевий) нуклеотид затравки комплементарний матриці. Якщо ж на попередній стадії полімеризації відбулася помилка (наприклад, через те, що нуклеотид в момент полімеризації знаходився в незвичайній формі таутомерії) то реплікація зупиняється до тих пір, поки неправильний нуклеотид не буде видалений. Деякі ДНК-полімерази мають не тільки полімеризуючу, але і 3"-екзонуклеазну активність, яка відщеплює не спарений з матрицею нуклеотид затравки, після чого полімеризація відновлюється. Цей механізм корекція помітно збільшує точність роботи ДНК-полімераз. Мутації, що порушують 3"-екзонуклеазну активність ДНК-полімерази, істотно підвищують частоту виникнення інших мутацій. Навпаки, мутації, що призводять до посилення екзонуклеазної активності щодо полімеризації, знижують темп мутування генетичного матеріалу.

Різні ДНК-полімерази одного організму та ДНК-полімерази різних організмів мають різна будова. Іноді один поліпептид має і полімеразну, і 3"-екзонуклеазну активність, в інших випадках за ці активності відповідальні різні субодиниці мультисубъединичного ферменту. У деяких ДНК-полімераз коригуюча екзонуклеазна активність не виявлена. Не виключено, що за корекцію в цих випадках відповідальний окремий білок.

Основні засади реплікації

Ініціація ланцюгів ДНК

ДНК-полімерази не здатні ініціювати нові ланцюги ДНК. Вони можуть лише добудовувати вже наявну затравку. Іншими словами, синтез ДНК починається із синтезу РНК. РНК-затравку для синтезу ДНК утворює спеціальний фермент, який називається ДНК-праймазою (від англ праймер - затравка). Праймаза може бути окремим ферментом, як у бактерій, або входити в якості субодиниці в ДНК-полімеразу (як у ДНК-полімерази а тварин). У будь-якому випадку праймаза - це фермент, відмінний від РНК-полімераз, що синтезують різноманітні клітинні РНК і теж здатні ініціювати синтез нових полінуклеотидних ланцюгів. Після того як ланцюг ДНК почала синтезуватися, РНК-затравки видаляються і проломи, що утворилися, забудовуються ДНК-полімеразою, тобто з високою точністю.

Розплетення подвійної спіралі ДНК у ході реплікації

Нативні ДНК двоспіральні; отже, перед реплікацією ланцюга батьківської молекули, матричні ланцюги ДНК повинні бути розділені. Цю реакцію здійснюють два типи білків: хелікази та SSB-білки (від англ, single strand binding - білки, що зв'язуються з однонитковою ДНК). Хеліказами називають ДНК-залежні АТРа-зи, що використовують енергію гідролізу АТР для розплетення подвійної спіралі (helix) ДНК. Вважається, що хеліказа, що рухається гідролізом АТР, односпрямовано «їде» по одному з ланцюгів ДНК, розплітаючи перед собою подвійну спіраль. Є хелікази, які їдуть від 5"-кінця до 3"-кінця ланцюга ДНК, і є інші, що переміщаються у зворотному напрямку. В результаті роботи хеліказ виникає «вилка» з двоспіральної ділянки ДНК та двох одноланцюгових гілок. Ренатурації одноланцюгових ділянок ДНК перешкоджає їх зв'язування SSB-білком, що має вибіркову спорідненість до однониткової ДНК (рис. 3).

SSB-білки та хелікази виявлені у багатьох про- та еукаріотичних організмів. Роль SSB-білка в реплікації, мабуть, полягає в тому, щоб розправити ДНК, витягнути її та видалити можливі елементи вторинної структури, які могли б утворитися у самокомплементарних ділянках ДНК. Зв'язування одноланцюгової ДНК з SSB-білком стимулює ДНК-полімеразу та підвищує точність її роботи. Цей ефект викликається не тільки руйнуванням вторинної структури одноланцюгової ДНК, але і безпосереднім взаємодією ДНК-полімерази з SSB-білком, оскільки зазвичай полімераз стимулює лише «свій» SSB-білок, але не аналогічний білок з іншого джерела. SSB-білок Е. coli - тетрамер, що складається з ідентичних субодиниць розміром 19 кД. SSB-білок зв'язується з ДНК кооперативно, тобто за рахунок білок-білкових взаємодій тетрамери покривають ДНК впритул один до одного.

Малюнок 3. Розплетення подвійної спіралі ДНК хеліказою та SSB-білком

Уривчастий синтез ДНК

Так як ланцюги ДНК в дуплексі антипаралельні, то очевидно, що напрямок розплетення подвійної спіралі при реплікації збігається з напрямом синтезу ДНК лише для одного матричного ланцюга, але протилежно напряму синтезу ДНК на комплементарній матриці (рис. 4). Це означає, що лише на одному з матричних ланцюгів синтез ДНК може відбуватися безперервно. Показано, що ДНК синтезується порівняно короткими фрагментами, які називаються фрагментами Оказаки. Таким чином, синтез ДНК на двох матричних ланцюгах вихідної молекули помітно відрізняється. Новосинтезований ланцюг, який синтезується безперервно, називається ведучим (англ, leading), інший ланцюг називається запізнювальним (англ, lagging). Кожен фрагмент Оказаки має на 5"-кінці кілька рибонуклеотидів - результат дії праймази. Характерний розмір фрагментів Оказаки відрізняється для бактерій і еукаріотів: у бактерій вони мають довжину близько 1000 нуклеотидів, у еукаріотів вони коротші, близько 100 нуклеотидів. Через деякий час. синтезу РНК-затравки видаляються, проломи забудовуються ДНК-полімеразою, а фрагменти зшиваються в один ковалентно-безперервний ланцюг ДНК призначеним спеціально для цього ферментом, ДНК-лігазою.ДНК-лігази виявлені у різних організмів.Вони потребують високоенергетичних кофакторах.

Реплікативна вилка

Малюнок ділянки ДНК у районі реплікативної вилки

Матричний синтез 3 типи:

Синтез ДНК – реплікація- самоудв-е мол-л ДНК, яке зазвичай відбувається перед ділом кл-ки. Під час реплікації матер мол-ла розкрутивши, і комплемент нитки її роз'єднаний (образ реплікативн вилка) Формир-е реплікат вилки происх під дією ферментів гелікази і топоізомерази. Геліказу розрив водар зв'язку між комплемент-ними нуклеотидами і роз'єднаний нитки, топоізомераза знім напряж-е, що виникає при цьому в мол-лі. Поодинокі нитки матер мол-ли служать матрицями для синтезу дочірніх комплемент-х ниток. З одиночними нитками зв'язував SSB-білки (дестабілізуючі білки), які не дають їм з'єднань в подвійний спіраль. У рез-ті реплікації образ дві одинак ​​мол-ли ДНК, що повністю повторюють матер мол-лу. При цьому кож нов мол-ла сост з одного нов і одного старого ланцюга. Комплемент нитки мол-ли ДНК антипаралельні. Нарощів-е полінуклеотидного ланцюга завжди відбувається в напрямку від 5" кінця до 3" кінця. Внаслідок цього одна нитка лідирує (3" кінець в основі реплікативної вилки), а ін-запізнюющ (5" кінець в основ вилки) і тому будується з фрагменів Оказаки, що ростуть від 5" до 3" кінцю. Фрагменти Оказаки – це ділянки ДНК, які у еукаріотів мають довжину 100-200 нуклеотидів, у прокаріотів – 1000-2000 нуклеотидів.

Синтез ланцюга ДНК здійснює фермент ДНК-полімеразу. Вона нарощивши дочірній ланцюг, приєднуючи до її 3" кінця нуклеотиди, комплементарні нуклеотидам материнської ланцюга. Особ-ть ДНК-полимеразы полягає в тому, що вона не може почати роботу на «порожньому місці», не маючи 3" кінця дочірньої нитки. Тому синтез лідируючої нитки та синтез кожного фрагмента Оказакі починає фермент праймазу. Це різновид РНК-полімерази. Праймаза здатна почати синтез нового полінуклеотидного ланцюга зі з'єднання двох нуклеотидів. Праймаза синтезує з РНК-нуклеотидів короткі затравки – праймери. Їхня довжина близько 10 нуклеотидів. До 3" кінця праймера ДНК полімеразу начин приєднувати ДНК-нуклеотиди.

Фермент екзонуклеазу вилучив праймери. ДНК-полімераза добудовує фрагменти Оказаки, фермент лігаза зшиває їх.

Синтез РНК – транскрипція- синтез РНК на матриці ДНК (у еукаріотів в ядрі, у прокаріотів-в цитоплазмі). У процесі транскрипції будується комплемент копія однієї з ниток ДНК. У рез-ті транскрипції синтезуються іРНК, рРНК і тРНК. Транскр-ю здійснюється РНК-полімераза. У еукаріотів транскрипцію оскчествл три різні РНК-полімерази:

РНК-полімераза I синтезир рРНК

РНК-полімераза II синтезир іРНК

РНК-полімераза III синтезир тРНК

РНК-полімераза зв'язався з молекулою ДНК в області промотору. Промотор - це ділянка ДНК, що відзначає початок транскрипції. Він розташований перед структурним геном. Приєднавшись до промотору, РНК-полімераза розкручує ділянку подвійної спіралі ДНК і розділ комплемент-ие ланцюга. Один із двох ланцюгів – смисловий – служить матрицею для синтезу РНК. Нуклеотиди РНК комплементарні нуклеотидам смислового ланцюга ДНК. Транскрипція йде від 5" кінця до її 3" кінця. РНК-полімераза відділ синтезує уч-до РНК від матриці і відновлює подвійну спіраль ДНК. Транскрипція триває доти, доки РНК-полімераза не доїде до термінатора. Термінатор - це уч-до ДНК, що означає кінець транскрипції. Досягнувши термінатора, РНК-полімераза відокремлюється від матричної ДНК і від новосинтезованої молекули РНК.

Транскр-я справ на 3 етапи:

Ініціація-приєд-е РНК-полімерази допомагають їй білків-факторів транскрипції до ДНК і початок їх роботи.

Елонгація-нарощів-полінуклеот-ої ланцюга РНК.

Термінація-оконч-е синтезу мол-ли РНК.

Синтез білка - трансляція- процес синтезу поліпепт-ного ланцюга, що проходить на рибосомі. Походження в цитоплазмі. Рибосома сост з двох субодиниць: великий і малий. Субодиниці побудовані з рРНК та білків. Неакт рибосома знаходиться у цитоплазмі у дисоційованому вигляді. Активна рибосома збирається з двох субодиниць, при цьому в ній образ-ся активні центри, у тому числі – аміноацильний та пептидильний. В аміноацильному центрі походження образу пептидного зв'язку. Транспортні РНК специфічні, тобто. одна тРНК може перенесення лише одну определ-ую а/к. Ця а/к зашифрована кодоном, якому комплементарний антикодон тРНК. У процесі трансляції рибосома перекладає послідовність нуклеотидів іРНК в послідовність а/к поліпептидного ланцюга.

Трансляція справ на 3 етапи.

Ініціація-Складання рибосоми на ініціюючому кодоні іРНК і початок її роботи Ініціація починається з того, що з іРНК з'єднається мала субодиниця рибосоми і тРНК, що несе метіонін, який відповідає ініціюючого кодону АУГ. Потім до цього комплексу приєднається велика субодиниця. У результаті ініціюючий кодон опинився в пептидильному центрі рибосоми, а в аміноацильному центрі знаходиться перший значний кодон. До нього підходять різні тРНК, а залишиться в рибосомі тільки та, антикодон до-рой комплементарний кодону. Між комплементами нуклеотидами кодону і антикодону утворюються водневі зв'язки. У результаті рибосомі з иРНК окази-ся тимчасово пов'язані дві тРНК. Кожна тРНК принесла рибосому а/к, зашифровану кодоном іРНК. Між цими а/к образ-ся пептидна зв'язок. Після цього тРНК, що принесла метіонін, отдел-ся від своєї а/к і від іРНК і йде з рибосоми. Рибосома переміщується на один триплет від 5 "кінця до 3" кінця іРНК.

Елонгація- Процес нарощ-я поліп-ой ланцюжка. В аміноацильний центр рибосоми будуть підходити різні тРНК. Процес впізнавання тРНК і процес формування пептидного зв'язку буде повторитися до тих пір, поки в аміноацильному центрі рибосоми не виявиться стоп-кодон.

Термінація- Завершення синтезу поліпептиду і дисоціація рибосоми на дві субодиниці. Існують три стоп-кодони: УАА, УАГ та УГА. Коли один з них опинився в аміноацильному центрі рибосоми, з ним зв'язався білок - фактор термінації трансляції. Це спричиняє розпад всього комплексу.