Synteza macierzy: opis, cechy i właściwości

Synteza macierzy polega na tworzeniu biopolimeru, którego sekwencja jest określona przez pierwotną strukturę innej cząsteczki. Ten ostatni działa jak matryca, "dyktując" niezbędną kolejność składania łańcucha. W żywych komórkach znane są trzy procesy biosyntezy oparte na tym mechanizmie.

Jakie cząsteczki są syntetyzowane na podstawie macierzy

Reakcje syntezy macierzy obejmują:

• replikacja - podwojenie materiału genetycznego;
• transkrypcja - synteza kwasów rybonukleinowych;
• broadcast - produkcja cząsteczek białek.

Replikacja jest przekształceniem jednego Cząsteczki DNA w dwóch identycznych do siebie, co ma wielkie znaczenie cykl życia komórki (mitoza, mejoza, podwojenie się plazmidu, podział komórek bakteryjnych, itp.). Wiele procesów opiera się na "reprodukcji" materiału genetycznego, a synteza matrycowa pozwala odtworzyć dokładną kopię dowolnej cząsteczki DNA.

Transkrypcja i tłumaczenie to dwa etapy realizacji genomu. Jednocześnie informacja dziedziczna zapisana w DNA jest przekształcana w specyficzny zestaw białek, od którego zależy fenotyp organizmu. Mechanizm ten nazywa się "DNA-RNA-białko" i jest jednym z głównych dogmatów biologii molekularnej.

Implementację tej zasady osiąga się za pomocą syntezy macierzy, która koniuguje proces tworzenia nowej cząsteczki z "oryginalną próbką". Podstawą tego parowania jest podstawowa zasada komplementarności.

Główne aspekty syntezy cząsteczek na podstawie macierzy

Informacja o strukturze zsyntetyzowanej cząsteczki zawarta jest w sekwencji ogniw samej matrycy, do której wybierany jest odpowiedni element łańcucha "córki". Jeśli chemiczna natura zsyntetyzowanych i matrycowych cząsteczek pokrywa się (DNA-DNA lub DNA-RNA), wówczas koniugacja występuje bezpośrednio, ponieważ każdy nukleotyd ma parę, z którą można się z nią skontaktować.

Dla synteza białek Potrzebny jest mediator, którego jedna część oddziałuje z matrycą za pośrednictwem mechanizmu korespondencji nukleotydów, a druga łączy połączenia białkowe. Tak więc zasada komplementarności nukleotydów również działa w tym przypadku, chociaż nie łączy bezpośrednio ogniw macierzy i łańcuchów syntetyzowanych.

Etapy syntezy

Wszystkie procesy syntezy macierzy są podzielone na trzy etapy:

• inicjacja (start);
• wydłużenie;
• zakończenie (koniec).

Inicjacja jest przygotowaniem do syntezy, której charakter zależy od rodzaju procesu. Głównym celem tego etapu jest doprowadzenie systemu enzym-substrat do stanu roboczego.

Podczas wydłużania przeprowadza się bezpośrednio syntezę zsyntetyzowanego łańcucha, w którym kowalencyjne wiązanie (peptyd lub fosfodiester) zamyka się między jednostkami wybranymi zgodnie z sekwencją matrycy. Wypowiedzenie prowadzi do zatrzymania syntezy i uwolnienia produktu.

Rola komplementarności w mechanizmie syntezy macierzy

Zasada komplementarności opiera się na selektywnej zgodności azotowych zasad nukleotydów względem siebie. Zatem tylko tymina lub uracyl (podwójne wiązanie) jest odpowiednia jako adenina jako para, a cytozyna (3 potrójne wiązanie) jest odpowiednia dla guaniny.

W procesie syntezy kwasów nukleinowych z ogniwami jednoniciowej matrycy, komplementarne nukleotydy wiążą się, układają w specyficzną sekwencję. Tak więc, na podstawie segmentu DNA AACGTT, można uzyskać tylko TTGCAA podczas replikacji i UUGCAA - podczas transkrypcji.

Jak wspomniano powyżej, synteza białek następuje z udziałem pośrednika. Rolę tę pełni transportowy RNA, który ma miejsce do przyłączenia aminokwasu i trypletu nukleotydowego (anticodon), zaprojektowany do wiązania z informacyjnym RNA.

W tym przypadku dobór komplementarny następuje nie jeden po drugim, lecz po trzy nukleotydy. Ponieważ każdy aminokwas jest specyficzny tylko dla jednego typu tRNA, a antykodon odpowiada swoistej trójce w RNA, białko syntetyzuje się ze specyficzną sekwencją jednostek włączoną do genomu.

W jaki sposób odbywa się replikacja

Synteza matrycowego DNA odbywa się przy udziale różnych enzymów i pomocniczych białek. Kluczowymi komponentami są:

• Helicaza DNA - rozwija podwójną helisę, niszczy wiązania między łańcuchami cząsteczki;
• Liga DNA - "zszywa" szczeliny między fragmentami Okazaki;
• Primemaz - syntetyzuje nasiono, niezbędne do pracy fragmentu syntetyzującego DNA;
• Białka SSB - stabilizują jednoniciowe fragmenty DNA;
• Polimeraza DNA - syntetyzuje łańcuch macierzy potomnych.

Helicaza, primaza i białka SSB przygotowują grunt do syntezy. W rezultacie każdy z łańcuchów oryginalnej cząsteczki staje się matrycą. Syntezę przeprowadza się z dużą szybkością (od 50 nukleotydów na sekundę).

Praca polimerazy DNA występuje w kierunku od końca 5'k3`-. Z tego powodu, na jednym z (wiodących) łańcuchów, synteza zachodzi wzdłuż odwijania i ciągłego, a po drugiej (opóźnienie) - w przeciwnym kierunku i w oddzielnych fragmentach, zwanych "Okazaki".

Struktura w kształcie litery Y utworzona w miejscu rozplątywania DNA nazywana jest widełką replikacyjną.

Mechanizm transkrypcji

Kluczowym enzymem transkrypcyjnym jest polimeraza RNA. Ta ostatnia jest kilku rodzajów i różni się strukturą u prokariontów i eukariontów. Jednak mechanizm jego działania jest wszędzie taki sam i polega na budowaniu łańcucha komplementarnie wybranych rybonukleotydów z zamknięciem wiązania fosfodiestrowego między nimi.

Cząsteczka DNA jest cząsteczką macierzy dla tego procesu. Na jego podstawie można tworzyć różne typy RNA, nie tylko informacyjne, które są wykorzystywane w syntezie białek.

Obszar matrycy, z której sekwencja RNA ulega "degradacji", nazywany jest transkryptem. Zawiera promotor (miejsce przyłączenia polimerazy RNA) i terminator, przy którym synteza się zatrzymuje.

Transmisja

Syntezę białek macierzy zarówno u organizmów prokariotycznych, jak i u eukariotów prowadzi się w wyspecjalizowanych organoidach - rybosomach. Te ostatnie składają się z dwóch podjednostek, z których jedna (mała) służy do wiązania tRNA i informacyjnego RNA, a druga (duża) bierze udział w tworzeniu wiązań peptydowych.

Początek translacji poprzedza aktywacja aminokwasów, tj. Ich przyłączenie do odpowiedniego RNA transportowego z utworzeniem wiązania makroergicznego, ze względu na energię, z której następnie przeprowadza się reakcje transpeptydowania (przyłączenie do łańcucha następnego połączenia).

Czynniki białkowe i GTP są również zaangażowane w proces syntezy. Energia tego ostatniego jest konieczna do promowania rybosomu wzdłuż łańcucha wzorcowego RNA.