Матричные процессы — это синтез биополимеров на основе матрицы.
Приятного изучения справочника! Хочешь узнать, как прошло поступление в этом году? Мы подготовили подборку проходных баллов (тыкай и забирай в лс структурированный файл)
Репликация — удвоение молекул ДНК
Основой матрицы в данном случае является ДНК. В результате репликации, происходящей во время интерфазы (синтетический период), происходит удвоение количества молекул ДНК.
Как это происходит: ДНК-хеликаза (фермент) расшивает спираль ДНК на 2 отдельные цепи, в то время как ДНК-полимераза (фермент) достраивает новые цепи по принципу комплементарности и антипараллельности.
То есть напротив аденина всегда стоит тимин, напротив гуанина — цитозин. И наоборот. А принцип антипараллельности заключается в том, что при синтезе любой нуклеиновой цепи штрих-концы новой цепочки противоположны материнской (напротив 3' — 5', и наоборот).
В результате получаются 2 абсолютно одинаковые цепи ДНК и хромосомный набор клетки из 2n2c становится 2n4c. Происходит всё это дело в ядре.
Если говорить простым языком, репликация нужна для того, чтобы клетка снова могла поделиться: однохроматидная хромосома (слева) не сможет разорваться во время анафазы деления, потому что состоит лишь из одной хроматиды. После репликации образуются двухроматидные хромосомы, хроматиды которых смогут разойтись во время анафазы.
Транскрипция — синтез РНК
Матрицей для транскрипции также служит цепочка ДНК. Синтез происходит с помощью фермента РНК-полимеразы. Данный фермент присоединяется к участку гена (ген — это участок цепи ДНК), который необходимо транскрибировать, далее он раскручивает ДНК и присоединяет новые нуклеотиды. После образуется предшественник РНК (незрелая преРНК), которая дозревает в ядре. После дозревания РНК выходит из ядра.
Всего с ДНК можно синтезировать 3 вида РНК: информационную (матричную), рибосомальную и транспортную. Данные процессы происходят в ядре. О функциях каждой из РНК мы рассказали здесь.
Транскрипция происходит по принципу комплементарности и антипараллельности. Изначально ДНК состоит из двух цепей: одна из них транскрибируемая, другая — смысловая. Синтез РНК происходит по транскрибируемой цепи.
Давайте приведём пример: мы имеем ДНК, у которой часть транскрибируемой цепи состоит из таких нуклеотидов:
5' АТТ-ГЦЦ-ААА-АГГ 3'. Нас просят синтезировать иРНК по этой цепи. По принципу комплементарности мы знаем, что напротив А всегда стоит Т (в ДНК) или У (в РНК), напротив Ц всегда стоит Г. По принципу антипараллельности мы обязаны поменять штрих-концы местами при синтезе новой нуклеиновой кислоты.
Давайте построим цепочку иРНК, комплементарную данной цепи ДНК.
ДНК: 5'-АТТ-ГЦЦ-ААА-АГГ-3'
иРНК: 3'-УАА-ЦГГ-УУУ-УЦЦ-5'
Цепь иРНК комплементарна и антипараллельна транскрибируемой ДНК.
Трансляция — синтез белка
Трансляция происходит в рибосомах. Матрицей для трансляции служит иРНК.
Очень важно: трансляция идёт с 5' конца на 3' конец, то есть рибосома читает иРНК с 5' конца!!!
1) На малую субъединицу рибосомы приходит иРНК. Далее иРНК скользит по малой субъединице, пока та не обнаружит старт-кодон. Старт-кодон (обычно АУГ) — это 3 нуклеотида, с которого начинается (инициируется) процесс синтеза белка. Далее субъединицы рибосом спаиваются, и к этому кодону подходит антикодон тРНК с аминокислотой.
Кодон всегда комплементарен и антипараллелен антикодону. Что это значит? Это значит, что действует правило комплементарности — напротив аденина всегда стоит урацил, а напротив гуанина — цитозин. (А-У, Г-Ц). Поэтому для кодона 5'-ААА-3' антикодоном будет 3'-УУУ-5', для кодона 5'-ГГЦ-3' антикодоном будет 3'-ЦЦГ-5', для кодона
5'-ЦГА -3' антикодоном будет 3'-ГЦУ-5' и так далее…
2) Ко 2-му кодону иРНК подходит следующая тРНК с другой аминокислотой. Между аминокислотами образуется пептидная связь.
3) иРНК сдвигается на один кодон вперёд. Самая первая тРНК больше не помещается в рибосому и уходит, оставляя свою аминокислоту (она связана пептидной связью). К третьему кодону иРНК подходит тРНК с новой аминокислотой. Она связывается со 2 аминокислотой пептидной связью.
4) Такой цикл повторяется многократно до тех пор, пока в рибосому не зайдёт стоп-кодон иРНК. К нему не подходит ни одна тРНК — не подходит и аминокислота, поэтому синтезированный белок покидает рибосому.
Решение типовых задач на синтез белка
Определите: последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка (используя таблицу генетического кода), если фрагмент транскрибируемой цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:
5' ГТГ-ТАТ-ГГА-АГТ 3'
Решение задачи:
1) Зная, что иРНК синтезируется на ДНК по принципу комплементарности и антипараллельности, построим цепь иРНК на имеющейся цепи ДНК.
5'-ГТГ-ТАТ-ГГА-АГТ-3' — трДНК.
3'-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5' — кодоны иРНК.
2) Зная, что антикодоны тРНК комплементарны и антипараллельны кодонам иРНК, мы можем найти и их:
3'-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5' — кодоны иРНК.
5'-ГУГ-3' ; 5'-УАУ-3' ; 5'-ГГА-3' ; 5'-АГУ-3' — антикодоны тРНК (записываем через точку с запятой, так как антикодоны — не цепочка).
3) Теперь воспользуемся таблицей. Обратите внимание: белок синтезируется на основе иРНК, а не тРНК!
Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда, второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.
3'-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5' — кодоны иРНК. Ещё раз обращаю внимание, что рибосома считывает иРНК с 5' конца. Поэтому читаем мы эту последовательность справа налево!!!
ТРЕ-СЕР-ИЛЕ-ГИС — аминокислотная последовательность. Задача решена: найдены иРНК, тРНК и аминокислоты.
Антикодоны тРНК поступают к рибосомам в следующей последовательности нуклеотидов 3'-УЦГ-5' , 3'-ЦГА-5' , 3'- ААУ-5' , 3'-ЦЦЦ-5'. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, последовательность нуклеотидов на ДНК, кодирующих определенный белок и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы синтезируемого белка, используя таблицу генетического кода:
Решение задачи:
1) Сейчас от нас требуются обратные действия: через антикодоны тРНК найти иРНК, а после по иРНК найти ДНК и белок. Всё по порядку, давайте сначала по принципу антипараллельности и комплементарности найдём кодоны иРНК.
3'-УЦГ-5' , 3'-ЦГА-5' , 3'-ААУ-5' , 3'-ЦЦЦ-5' — антикодоны тРНК
5'-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3' — кодоны иРНК
2) Теперь, когда мы знаем кодоны иРНК, мы можем найти и ДНК по принципу комплементарности и антипараллельности.
5'-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3' — кодоны иРНК.
3'-ТЦГ-ЦГА-ААТ-ЦЦЦ-5'— транскрибируемая цепь ДНК
5'-АГЦ-ГЦТ-ТТА-ГГГ-3' — смысловая цепь ДНК.
3) Теперь по иРНК, пользуясь таблицей, ищем последовательность аминокислот.
5'-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3' — кодоны иРНК. Читаем слева направо (от 5' к 3')
СЕР-АЛА-ЛЕЙ-ГЛИ — последовательность аминокислот. Задача решена.
— В чём смысл всего этого?
Существует такая штука — экспрессия генов. В ДНК закодирована информация: её нужно как-то прочитать. С помощью матричных процессов эта информация переносится, читается и «превращается» в белок. Синтез белков — вот конечная цель существования генетического кода. Экспрессия генов — это путь от ДНК к признаку. Пример: в ДНК закодирован чёрный цвет кожи. Во время экспрессии генов эта информация реализуется, и после синтеза белка и его преобразования человек получает меланин — пигмент чёрного цвета.
Хочешь узнать, как прошло поступление в этом году? Мы подготовили подборку проходных баллов медицинских вузов (тыкай и забирай полный файл ВКонтакте)
Получить тест по теме в ЛС →
Примерное время выполнения: 1 час.
Полноценный тест с автоматической проверкой. Мы используем сервис «РЕШУ ЕГЭ» как самый удобный в коммуникации между учителем и учеником. На сервисе возможна авторизация через ВК.