Транскрипція в біології, трансляція і біосинтез білка
Опубликованно 25.11.2017 10:12
Розуміння фундаментальних основ існування життя неможливе без чіткого уявлення про передачу спадкової інформації і її реалізації. Зберігання генів організму реалізується за рахунок хромосом, в яких упаковані різні ділянки ДНК, що кодують первинну аминокислотную послідовність певного білка. А реалізація генетичної інформації та її передача у спадок досягається за рахунок її копіювання. Цей процес носить назву "транскрипція". В біології він означає зчитування коду ділянки гена і синтез на його основі матриці для біосинтезу білка.
Молекулярні основи транскрипції
Транскрипцією називається ферментативний процес, якому передує «розпакування» молекули ДНК і забезпечення доступу для зчитування певного гена. Потім в дволанцюжкової ДНК на початковому ділянці розриваються водневі зв'язки між нуклеотидами протягом 4 кадонов. З цього моменту починається фаза ініціації транскрипції в біології, пов'язана з приєднанням ДНК-залежної РНК-полімерази до макрополимеру ДНК.
Закономірним результатом ініціації є синтез стартового ділянки матричної РНК, і як тільки до нього приєднається перший комплементарний нуклеотид і відбудеться транслокація ДНК-залежної РНК-полімерази, слід говорити про початок стадії елонгації. Її суть зводиться до поступового переміщення ДНК-залежної РНК-полімерази по молекулі ДНК в напрямку 3`-5`, розсічення водневих зв'язків ДНК попереду і їх відновлення ззаду, а також приєднання комплементарного нуклеотиду до зростаючої ланцюжку матриці РНК.
Фермент ДНК-залежна РНК-полімераза каталізує саме приєднання до нуклеотиду РНК, тоді як за зчитування, розподіл водневих зв'язків і їх відновлення відповідають інші ферментні системи. Всі вони знаходяться в місці, де відбувається транскрипція. Біологія дозволяє застосувати метод мічених атомів і підтвердити факт їх найбільшої концентрації саме в ядрах клітин.Хронологія транскрипції
В лабораторних умовах вченим дослідницької групи «Геном людини» вдалося штучно синтезувати саму молекулу ДНК і зберегти в ній генетичний код. Цей процес зайняв більше 2-х десятиліть, не рахуючи тривалої підготовки. Цікаво, з якою швидкістю протікають ці процеси в живій клітині. Головний метод дослідження трансляції і транскрипції — молекулярна біологія. І хоча вона поки відчуває складнощі, пов'язані з неможливістю наочної демонстрації цих процесів, деякі докази щодо часу протікання біосинтезу білка є.
Зокрема, процес «розпакування» генетичної інформації може займати 16-48 годин, а транскрипція потрібного гена — близько 4-8 годин. На синтез однієї невеликої молекули білка на підставі матричної РНК потрібно близько 4-24 годин, після чого настає стадія її «дозрівання». Під цим мається на увазі самостійна спонтанна упаковка білка у вторинну, а потім у третинну структуру. Якщо білок вимагає постсинтетической модифікації, то на цей процес може знадобитися близько тижня і більше.
Клітинні структури, де відбуваються транскрипція і трансляція, в біології вивчаються всі більш докладно. При цьому вдалося підрахувати, що в эукариотических клітинах з великим набором генетичного матеріалу синтез простий молекули інсуліну займає приблизно 16 годин. Генетично модифікована кишкова паличка здатна синтезувати таку молекулу за 4 години. У разі великих білків третинної і четвертинної структури процес їх синтезу і остаточного формування може зайняти близько 2 тижнів.Локалізація ферментів транскрипції
Такий процес як транскрипція (в біології) протікає в місці безпосереднього зберігання спадкової інформації. У эукариотических кліток це клітинне ядро, а у доядерных форм життя — цитоплазма. Вірусний фермент зворотна транскриптаза працює в ядрі інфікованих клітин. При цьому нуклеїнові кислоти мітохондрій, що представляють собою набір генів, також проходять стадію транскрипції. В біології і генетики характер протікання цих процесів поки невідомий.
Але факт наявності мітохондріальних хвороб людини, які успадковуються нащадками, підтверджує реплікацію ДНК, для чого необхідним етапом є транскрипція. Це означає, що такий процес може протікати в декількох клітинних структурах: у еукаріотів це мітохондрії і клітинне ядро, а у прокаріотів — в цитоплазмі і плазмідах.Локалізація біосинтетичних процесів
Локалізації, де відбуваються транскрипція і трансляція (в біології), різні, тому як синтез білкових молекул просто не може відбуватися у клітинному ядрі. Складання первинної структури відбувається на рибосомальном апараті клітини, який переважно сконцентрований у цитоплазмі на мембрані шорсткої ендоплазматичної мережі.
Синтез у високорозвинених клітинах, які відрізняються високою швидкістю збірки нових білкових молекул, відбувається переважно на полирибосомах. Але в клітинах бактерій і вузькоспеціалізованих клітин біосинтез може протікати на розрізнених рибосомах в цитоплазмі. Вірусні тільця не мають свого синтетичного апарату і органел, а тому експлуатують структури інфікованих клітин.
Категория: Студентам