Параграф 77:
Матричні синтези. Загальна характеристика.
Див. Потім:
п.79 (реплікація ДНК), п.80 (транскрипція), 82 (трансляція).
Але спочатку: п.70, 73 і 74.
скорочення:
НК - нуклеїнові кислоти, ФДЕ - Фосфо / Ді / Ефірні зв'язку.
- Як порядок нуклеотидів матричної ланцюга
визначає порядок нуклеотидів синтезується ланцюга.
- Як відбувається приєднання чергового нуклеотиду синтезується ланцюга
до попереднього нуклеотиду синтезується ланцюга.
- ВИДИ матричних синтезів (МС).
Що являють собою нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК)?
Нуклеїнові кислоти (ДНК і РНК) представляють собою
послідовності ( «ланцюжка») нуклеотидів (нуклеотидних залишків),
пов'язаних ФДЕ-зв'язками.
При цьому НК є полімером, а нуклеотиди - мономерами.
Число нуклеотидів в НК може досягати мільярдів.
Нагадаємо, що до складу кожного нуклеотиду в НК входять:
азотистих основ, рибоза (або дезоксирибоза) і один фосфат.
Водневі зв'язки між підставами, нуклеотидами і НК.
Між азотистими підставами нуклеотидів,
що входять до складу нуклеїнових кислот,
можуть утворюватися водневі зв'язку.
Між гуаніном і цитозином утворюються три водневі зв'язки,
а між аденином і тиміном - дві водневі зв'язку.
Тому аденін «воліє» зв'язуватися з тиміном,
а гуанін - з цитозином.
Тому кажуть, що аденін комплементарен тимін,
а гуанін комплементарен цитозин.
Пару підстав А-Т і пару Г-Ц називають комплементарними парами.
Пара аденін-урацил також є комплементарної.
Урацил, як і тимін, вважає за краще зв'язуватися з аденін,
утворюючи при цьому дві водневих зв'язку.
Але урацила в складі «готової» ДНК немає - він входить до складу РНК.
Але нуклеотиди з урацілом використовуються при синтезі ДНК - см. Про праймерів в п.78.
Що відбувається з нуклеотидами при синтезі НК з них?
При синтезі НК відбувається з'єднання нуклеотидів ФДЕ-зв'язками.
Причому вони повинні розташуватися в строго визначеному порядку.
Чим визначається порядок нуклеотидів в НК при її синтезі?
Порядок нуклеотидів синтезується НК
визначається порядком нуклеотидів інший нуклеїнової кислоти.
Про цю інший НК кажуть, що вона грає роль МАТРИЦІ,
і називають її матричної ланцюгом.
Можна говорити, що порядок нуклеотидів синтезується НК визначається матрицею,
уточнюючи при цьому, що матрицею є інша нуклеїнова кислота,
і саме порядок нуклеотидів матричної нуклеїнової кислоти
визначає порядок нуклеотидів в синтезується НК.
Як порядок нуклеотидів матричної ланцюга
визначає порядок нуклеотидів синтезується ланцюга.
При синтезі НК
до нуклеотидам матричної ланцюга
водневими зв'язками (НЕ ФДЕ)
приєднуються строго певні нуклеотиди синтезується ланцюга -
не будь-які, а тільки ті, які комплементарні
нуклеотидам матричної ланцюга.
(Чиї азотісние підстави,
що входять до складу нуклеотидів синтезується ланцюга,
комплементарні азотистих підстав,
що входять до складу матричної ланцюга).
Тобто до гуаніну, що входить до складу нуклеотиду матричної ланцюга (ДНК або РНК),
приєднується цитозин,
що входить до складу нуклеотиду синтезується ланцюга (ДНК або РНК).
До цитозин, що входить до складу нуклеотиду матричної ланцюга (ДНК або РНК),
приєднується гуанін,
що входить до складу нуклеотиду синтезується ланцюга (ДНК або РНК).
До аденіну, що входить до складу нуклеотиду матричної ланцюга,
приєднується тимін, що входить до складу нуклеотиду синтезується ланцюга.
Це якщо синтезується ДНК.
А якщо синтезується РНК або праймер,
то замість тиміну приєднується урацил (входить до складу нуклеотиду).
До тимін, що входить до складу нуклеотиду матричної ланцюга (ДНК),
приєднується аденін,
що входить до складу нуклеотиду синтезується ланцюга (ДНК або РНК).
До урацилу, що входить до складу нуклеотиду матричної ланцюга (РНК),
теж приєднується аденін,
що входить до складу нуклеотиду синтезується ланцюга (ДНК або РНК).
При цьому, як уже зазначалося, приєднання нуклеотидів синтезується ланцюга
до нуклеотидам матричної ланцюга
відбувається за рахунок утворення водневих зв'язків
між азотистими підставами нуклеотидів матричної ланцюга
і комплементарними їм підставами нуклеотидів синтезується ланцюга.
Як уже сказано, водневі зв'язки будуть утворюватися між комплементарними підставами,
тобто до аденіну матриці приєднається тимін синтезується ланцюга,
до тимін матриці приєднається аденін синтезується ланцюга,
до гуаніну матриці приєднається цитозин синтезується ланцюга
і до цитозин матриці приєднається гуанін синтезується ланцюга.
(При цьому всі названі підстави входять до складу нуклеотидів).
Приклад: на ділянці ДНК (що грає роль матриці),
що містить нуклеотиди з підставами Г-А-Ц-Ц-А-Т,
може синтезуватися ланцюжок нуклеотидів Ц-Т-Г-Г-Т-А, якщо синтезується ДНК.
Але якщо синтезується РНК, то в даному фрагменті замість тиміну (Т) буде урацил (У),
і до аденіну матриці приєднується урацил синтезується ланцюга.
Тому на матриці Г-А-Ц-Ц-А-Т вийде така РНК-ова ланцюжок:
Ц-У-Г-Г-У-А
Якщо матрицею є не ДНК, а РНК,
то замість тиміну (Т) у неї буде урацил (У),
а подібний ланцюжок буде такою:
Г-А-Ц-Ц-А-У.
І аденін синтезується ланцюга буде зв'язуватися з цим урацілом матриці.
Таким чином, з'єднання нуклеотидів синтезується ланцюга
тільки з комплементарними їм нуклеотидами матричної ланцюга
(Водневими зв'язками)
дозволяє «вибудувати» нуклеотиди синтезується ланцюга в потрібному порядку.
Крім цього, потрібно з'єднати нуклеотиди синтезується ланцюга між собою ФДЕ зв'язками -
тоді вони стануть ланцюжком, нуклеїнової кислотою.
Освіта більшості ФДЕ зв'язків каталізується ферментами, які називаються полимеразами.
Іноді працюють ферменти лігази.
ФДЕ-зв'язки утворюються між рибозой (або дезокси / рибозой) попереднього нуклеотиду
і фосфатом приєднується (наступного) нуклеотиду.
При цьому фосфат (нового нуклеотиду), його атом фосфору приєднується
«Замість» атома водню ВІН групи пентози
в три-штрих положенні попереднього нуклеотиду.
Сам фосфат при цьому втрачає ОН атоми.
Як правильно намалювати ФДЕ-зв'язок між двома нуклеотидами.
1. Малюємо два нуклеотиду поруч (наприклад, ЦМФ і АМФ).
2. Бажано так, щоб під рибозой ЦМФ виявився фосфат АМФ.
3. У попереднього нуклеотиду (ЦМФ) потрібно закреслити атом Н
в 3-му положенні пентози -
тепер ЦМФ став так званим залишком ЦМФ.
4. У наступного нуклеотиду (АМФ) потрібно закреслити ОН атоми фосфату -
тепер АМФ став так званим залишком АМФ.
5. Потім між атомом О в 3-му положенні колишнього ЦМФ
і між атомом фосфору колишнього АМФ
потрібно намалювати зв'язок - це і є ФДЕ-зв'язок між залишками ЦМФ і АМФ.
Точно так же малюють ФДЕ-зв'язку між будь-якими іншими нуклеотидами.
Якщо намалювати поруч 10 нуклеотидів, а потім намалювати між ними ФДЕ-зв'язку, то виходить коротка НК.
Як відбувається приєднання чергового нуклеотиду
синтезується ланцюга
до попереднього нуклеотиду синтезується ланцюга.
1). До азотистій підставі чергового нуклеотиду матриці
водневими зв'язками
приєднується комплементарное йому підставу
чергового нуклеотиду синтезується ланцюга.
При цьому приєднаний нуклеотид синтезується ланцюга містить ТРИ фосфату.
Тобто для синтезу НК використовуються нуклетіди, що містять по три фосфату.
Іншими словами, субстратами або сировиною для синтезу НК служатЗнуклеозідТРІфосфати (НТФ).
2). Два крайніх фосфату нового нуклеотиду отщепляются,
залишився один фосфат приєднується до пентоз попереднього нуклеотиду
синтезується ланцюга ФДЕ-зв'язком
(Ці реакції каталізують ферменти полімерази).
При відщепленні двох фосфатів виділяється енергія, за рахунок цієї енергії утворюється ФДЕ зв'язок.
Таким чином, субстратами при синтезі НК є НТФ,
але через відщеплення двох фосфатів від кожного НТФ в процесі приєднання нуклеотиду виходить так,
що складаються НК з НМФ.
ВИДИ матричних синтезів (МС).
Матричні синтези - це синтези, для яких потрібна матриця,
яка «підказує»,
в якому порядку потрібно з'єднати мономери синтезованого полімеру.
Відомо 5 видів матричних синтезів.
У всіх МС роль матриці грає НК: ДНК чи РНК.
Синтезуються продуктами при МС можуть бути:
ДНК, РНК і білок.
Синтез білка (точніше, поліпептидного ланцюга - первинної структури майбутньої молекули білка) на матриці РНК називається трансляцією ( «перекладом»).
Синтез РНК на матриці ДНК називається транскрипцією ( «списуванням»),
а протилежний процес синтезу ДНК на матриці РНК
називається зворотною транскрипцією.
Синтез ДНК на матриці ДНК називається ре (ду) пликация ДНК,
синтез РНК на матриці РНК називається реплікацією РНК
(Цей МС виявлено тільки у вірусів, у людини не виявлено).
Є поняття комплементарного партнера (КП) -
речовини, яка безпосередньо взаємодіє з матрицею
(За принципом комплементарності).
При трансляції КП є транспортні РНК (тРНК).
При інших МС комплементарними партнерами є НК,
називання яких збігаються з назвами синтезованих НК -
фактично комплементарними партнерами називаються НК до того, як закінчиться їх синтез (НЕ / до / синтезовані НК).
В тРНК є ділянка, яка взаємодіє з матрицею (з мРНК).
Ця ділянка складається з трьох нуклеотидів (є кодоном)
і називається антикодоном -
тому що повинен комплементарно зв'язатися з трьома нуклеотидами мРНК,
які називаються кодоном.
До тРНК з певним антикодоном може приєднуватися тільки один аминоацил (залишок амінокислоти).
За рахунок цього на матриці мРНК утворюється ППЦ,
що складається з певних аміноацілов,
розташованих в певному порядку (мРНК транслюється в ППЦ).