Transkrypcja w biologii - co to jest?

Dzięki koncepcji transkrypcji spotykamy się, ucząc się języka obcego. Pomaga nam poprawnie przepisać i wymawiać nieznane słowa. Co to pojęcie oznacza w naukach przyrodniczych? Transkrypcja w biologii jest kluczowym procesem w systemie reakcji biosyntezy białka. To on pozwala komórce na dostarczanie sobie peptydów, które będą wykonywać funkcje konstrukcyjne, ochronne, sygnalizacyjne, transportowe i inne. Tylko przepisanie informacji z miejsca DNA na informacyjną cząsteczkę kwasu rybonukleinowego uruchamia aparat syntezy białek w komórce, który zapewnia reakcje translacji biochemicznej.

W tym artykule rozważymy etapy transkrypcji i syntezy białek występujące w różnych organizmach, a także określimy znaczenie tych procesów w biologii molekularnej. Dodatkowo określimy, czym jest transkrypcja. W biologii wiedzę na temat interesujących nas procesów można uzyskać z takich sekcji jak cytologia, biologia molekularna i biochemia.

Cechy reakcji syntezy matrycy

Dla tych, którzy znają major rodzaje reakcji chemicznych Studiowane w chemii ogólnej, procesy syntezy macierzy będą całkowicie nowe. Powód tego jest następujący: takie reakcje zachodzące w żywych organizmach zapewniają, że cząsteczki macierzyste są kopiowane przy użyciu specjalnego kodu. Nie od razu odkryto, lepiej powiedzieć, że sama idea istnienia dwóch różnych języków do przechowywania informacji dziedzicznych przeszła przez dwa stulecia: od końca XIX do połowy 20. Aby lepiej wyobrazić sobie, czym jest transkrypcja i tłumaczenie w biologii i dlaczego odnoszą się do reakcji syntezy matrycy, zwracamy się do analogii do słownictwa technicznego.

Podobnie jak w typografii

Wyobraź sobie, że musimy wydrukować na przykład sto tysięcy egzemplarzy popularnej gazety. Wszystkie materiały, które się na niego znajdują, są gromadzone u przewoźnika macierzystego. Ten pierwszy wzorzec nazywa się macierzą. Następnie na maszynach drukarskich jest replikowany - wykonują kopie. Podobne procesy zachodzą w żywej komórce, tylko cząsteczki DNA i RNA występują w niej naprzemiennie, a informacyjne cząsteczki RNA i białka służą jako kopie. Przyjrzyjmy się im bliżej i przekonamy się, że transkrypcja w biologii jest reakcją syntezy macierzy, która ma miejsce w jądrze komórkowym.

Kod genetyczny jest kluczem do tajemnicy biosyntezy białka

We współczesnej biologii molekularnej nikt nie twierdzi, że substancja jest nośnikiem dziedzicznych właściwości i przechowuje dane o wszystkich białkach ciała bez wyjątku. Oczywiście jest to kwas dezoksyrybonukleinowy. Jednakże zbudowany jest z nukleotydów, a białka, których skład jest w nim przechowywany, są reprezentowane przez cząsteczki aminokwasów, które nie mają powinowactwa chemicznego do monomerów DNA. Innymi słowy, mamy do czynienia z dwoma różnymi językami. W jednym z nich słowa to nukleotydy, w drugim aminokwasy. Co będzie działać jako tłumacz, który transkoduje informacje uzyskane w wyniku transkrypcji? Biologia molekularna uważa, że ​​kod genetyczny spełnia tę rolę.

Unikalne właściwości kodu komórki

Oto kod, którego tabelę przedstawiono poniżej. Cytolodzy, genetyka, biochemicy pracowali nad jego stworzeniem. Ponadto wiedza z kryptografii została wykorzystana przy opracowywaniu kodu. Biorąc pod uwagę jej zasady, możliwe jest ustalenie podstawowej struktury syntetyzowanego białka, ponieważ translacja w biologii jest procesem tłumaczenia informacji o strukturze peptydu z języka nukleotydów i-RNA na język aminokwasowy cząsteczki białka.

Idea kodowania w żywych organizmach została po raz pierwszy wyrażona przez G. A. Gamow. Dalsze prace naukowe doprowadziły do ​​sformułowania podstawowych zasad. Po pierwsze ustalono, że struktura 20 aminokwasów jest kodowana w 61 tripletach informacyjnego RNA, co doprowadziło do koncepcji degeneracji kodu. Następnie odkryliśmy skład nie kodonów, które odgrywają rolę rozpoczęcia i zatrzymania procesu biosyntezy białka. Potem istniały przepisy dotyczące jego kolinearności i uniwersalności, uzupełniając spójną teorię kodu genetycznego.

Gdzie występuje transkrypcja i tłumaczenie?

W biologii kilka jej sekcji badających strukturę i procesy biochemiczne w komórce (cytologia i biologia molekularna) określiło lokalizację reakcji syntezy matrycy. Tak więc transkrypcja zachodzi w jądrze z udziałem enzymu polimerazy RNA. W jego karioplazmie cząsteczka mRNA jest syntetyzowana z wolnych nukleotydów zgodnie z zasadą komplementarności, która zapisuje informacje o strukturze peptydu z pojedynczego genu strukturalnego.

Następnie, poprzez pory w błonie jądrowej, opuszcza jądro komórkowe i kończy w cytoplazmie komórki. Tutaj i-RNA musi łączyć się z kilkoma rybosomami, aby utworzyć polisom - strukturę gotową do spełnienia transportowych cząsteczek kwasu rybonukleinowego. Ich zadaniem jest doprowadzenie aminokwasów do miejsca innej reakcji syntezy macierzy - translacji. Rozważ szczegółowo mechanizmy obu reakcji.

Cechy tworzenia cząsteczek m-RNA

Transkrypcja w biologii polega na przepisywaniu informacji o strukturze peptydu z genu struktury DNA do cząsteczki kwasu rybonukleinowego, która nazywana jest informacją. Jak powiedzieliśmy wcześniej, występuje w jądrze komórkowym. Po pierwsze, enzym restrykcyjny DNA rozbija wiązania wodorowe łączące łańcuchy kwasu dezoksyrybonukleinowego, a jego helisa rozplata się. Enzymalna polimeraza RNA jest przyłączona do wolnych miejsc polinukleotydowych. Aktywuje on zgromadzenie kopii cząsteczki i-RNA, która oprócz informacyjnych sekcji eksonów zawiera również puste sekwencje nukleotydowe, introny. Są balastowe i wymagają usunięcia. Ten proces w biologii molekularnej nazywa się przetwarzaniem lub dojrzewaniem. Kończy transkrypcję. Biologia pokrótce wyjaśnia to w ten sposób: po prostu tracąc niepotrzebne monomery, kwas nukleinowy będzie w stanie opuścić jądro i być gotowym na dalsze etapy biosyntezy białka.

Odwrotna transkrypcja w wirusach

Niekomórkowe formy życia różnią się znacznie od komórek prokariotycznych i eukariotycznych nie tylko strukturą zewnętrzną i wewnętrzną, ale także reakcjami syntezy macierzy. W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku nauka udowodniła istnienie retrowirusów - organizmów, których genom składa się z dwóch pasm RNA. Pod działaniem enzymu - revertazy - takie cząsteczki wirusowe kopiują segmenty DNA z kwasu rybonukleinowego, które następnie włącza się do kariotypu komórki gospodarza. Jak widać, kopiowanie informacji dziedzicznych w tym przypadku odbywa się w odwrotnym kierunku: od RNA do DNA. Ta forma kodowania i czytania jest charakterystyczna, na przykład, czynników chorobotwórczych, które powodują różne typy raka.

Rybosomy i ich rola w metabolizmie komórkowym

Reakcje wymiana plastikowa, które obejmują biosyntezę peptydów, występują w cytoplazmie komórki. Aby uzyskać kompletną cząsteczkę białka, nie wystarczy skopiować sekwencji nukleotydów z genu struktury i przenieść ją do cytoplazmy. Potrzebne są również struktury, które zajmą odczyt informacji i zapewnią połączenie aminokwasów w jeden łańcuch poprzez wiązania peptydowe. Są to rybosomy, których struktura i funkcje przywiązują ogromną wagę do biologii molekularnej. Tam, gdzie odbywa się transkrypcja, stwierdziliśmy już, że jest to karioplazm jądra. Miejscem procesów translacyjnych jest cytoplazma komórkowa. Znajduje się w kanałach retikulum endoplazmatyczne, Na których grupach siedzą syntetyczne białka organelli - rybosomy. Jednak ich obecność nie zapewnia początku reakcji plastycznych. Potrzebujemy struktur, które dostarczą cząsteczki monomeru białka - aminokwasy - do polisomu. Nazywane są transportowymi kwasami rybonukleinowymi. Co to jest i jaka jest ich rola w transmisji?

Nośniki aminokwasowe

Małe transportowe cząsteczki RNA w swojej konfiguracji przestrzennej mają obszar składający się z sekwencji nukleotydów - antykodonu. W celu wdrożenia procesów translacyjnych konieczne jest pojawienie się kompleksu inicjatywy. Powinien zawierać trójkę matrycy, rybosomy i komplementarny region cząsteczki transportowej. Jak tylko taki kompleks jest zorganizowany, jest to sygnał do rozpoczęcia składania polimeru białkowego. Zarówno translacja, jak i transkrypcja w biologii są procesami asymilacji, zawsze występującymi przy absorpcji energii. W celu ich realizacji, komórka jest przygotowywana wcześniej przez gromadzenie dużej liczby cząsteczek adenozyno-kwasu trifosforowego.

Synteza tej energetycznej substancji występuje w mitochondriach, najważniejszych organellach wszystkich komórek eukariotycznych bez wyjątku. Poprzedza początek reakcji syntezy matrycowej, zachodzących na etapie presyntetycznym. cykl życia komórki i po reakcjach replikacji. Podział cząsteczek ATP towarzyszy procesom transkrypcyjnym i reakcjom translacyjnym, energia uwalniana podczas tego procesu jest wykorzystywana przez komórkę na wszystkich etapach biosyntezy substancji organicznych.

Emisja sceny

Na początku reakcji prowadzących do powstania polipeptydu 20 rodzajów monomerów białkowych wiąże się z pewnymi cząsteczkami kwasu transportowego. Równolegle powstaje polisom w komórce: rybosomy są przyłączone do matrycy w miejscu kodonu start. Rozpoczyna się biosynteza, a rybosomy poruszają się wzdłuż trojaczków mRNA. Są to odpowiednie cząsteczki, które transportują aminokwasy. Jeśli kodon w polisom jest komplementarny do kwasu transportowego, to aminokwas pozostaje w rybosomie, a powstałe wiązanie polipeptydowe łączy je z aminokwasami już tam obecnymi. Gdy organelli syntetyzującej białko dociera do trypletu zatrzymującego (zwykle jest to UAG, UAA lub UGA), transmisja się zatrzymuje. W rezultacie rybosom wraz z cząsteczką białka jest oddzielany od mRNA.

W jaki sposób peptyd przyjmuje swoją natywną formę

Ostatnim etapem translacji jest proces przejścia pierwotnej struktury białka do postaci trzeciorzędowej, mającej postać globuli. Enzymy usuwają niepotrzebne reszty aminokwasowe, przyłączają monosacharydy lub lipidy i dodatkowo syntetyzują grupy karboksylowe i fosforanowe. Wszystko to dzieje się w jamach retikulum endoplazmatycznego, gdzie peptyd wchodzi po zakończeniu biosyntezy. Następnie natywna cząsteczka białka przechodzi do kanałów. Przenikną one do cytoplazmy i pomogą peptydowi wpaść w pewną część cytoplazmy, a następnie zostaną wykorzystane na potrzeby komórki.

W artykule tym stwierdziliśmy, że tłumaczenie i transkrypcja w biologii są głównymi reakcjami syntezy matrycy, które leżą u podstaw zachowania i przekazywania dziedzicznych inklinacji ciała.