Біологія. Міні-довідник. ЗНО

Реакції матричного синтезу

У клітинах усіх організмів ми виявляємо механізми синтезу, які забезпечують відтворення копій нуклеїнових кислот і білків. Синтез біологічних полімерів з точно заданою структурою отримав назву матричного синтезу. Така назва походить від слова «матриця» (лат. matrix — прамати, першооснова, джерело).

Біосинтез ДНК здебільшого є реплікацією — подвоєнням молекул ДНК (ядерної, хлоропластної, мітохондріальної або плазмідної).

У ролі матриці виступають обидва роз’єднані ланцюги нуклеотидів, уздовж яких у двох протилежних напрямах здійснюється синтез дочірніх ДНК. Тому такий синтез називають антипаралельним.

1. Ініціація реплікації полягає в перенесенні перших нуклеотидів з відповідних НТФ на попередньо синтезований праймер — невеликий за довжиною ланцюг з рибонуклеозидів. Пізніше праймер видаляється з дочірньої молекули ДНК під час її «дозрівання».

2. Елонгація полягає в додаванні дезоксирибонуклеотиду до 3'- кінця ланцюга, що росте. Процес каталізує ДНК-полімераза. Цей процес обслуговує комплекс ферментів, серед яких провідну роль відіграють ДНК-полімерази. У клітинах прокаріотів й еукаріотів виявлено кілька типів таких ферментів. Завдяки принципу комплементарності нуклеотидів, забезпечується точне відтворення дочірніми молекулами ДНК структури материнської. У міру просування реплікативної вилки по молекулі материнської ДНК синтезуються фрагменти дочірніх ДНК, які потім об’єднаються в єдиний ланцюг. Такий синтез отримав назву переривчастого синтезу.

3. Термінація (припинення) реплікації програмується особливою послідовністю нуклеотидів, розташованих у кінці материнської ДНК. У результаті описаних синтетичних процесів у складі біспіральної молекули ДНК один ланцюг виявляється материнським (матричним), а другий — дочірнім (новосинтезованим) ланцюгом. Тому реплікація ДНК має напівконсервативний характер.

Біосинтез РНК здебільшого здійснюється на матриці ДНК. Для цього ділянка двоспіральної молекули ДНК повинна «розплестись» і стати тим одноланцюговим шаблоном, з якого інформація про структуру ДНК буде переписана на РНК.

Цей процес перенесення інформації з ДНК на РНК отримав назву транскрипції, а ділянка ДНК, з якої переписується інформація, — транскрипту.

Синтезу РНК передує з’єднання ферменту РНК-полімерази з особливою ділянкою молекули ДНК, названою промотором. РНК-полімераза «впізнає» місце свого приєднання за особливою послідовністю нуклеотидів у молекулі ДНК (ТАТААТ — у бактерій, ТАТА — у клітинах еукаріотів).

Ініціації синтезу РНК передує розходження двох ланцюгів ДНК на обмеженій ділянці. У результаті виникає структура, названа транскрипційною вилкою. Ручкою цієї вилки слугує двоспіральна ділянка ДНК, а «верхівкою» — її розплетена ділянка, з якої відбуватиметься переписування на РНК.

Спочатку екзони й інтрони повністю копіюються, внаслідок чого утворюється «незріла» і-РНК. Потім ферменти-рестриктази видаляють інтронні копії і зшивають кінці екзонних копій. Формується молекула зрілої і-РНК, яка містить тільки інформативні ділянки, комплементарні до екзонів ДНК-матриці. Цей процес отримав назву сплайсинга.

Біосинтез білка. Основні етапи матричного синтезу білка

Підготовчий етап білкового синтезу включає активацію амінокислот та їх взаємодію з т-РНК. Активування амінокислот відбувається в цитоплазмі клітини за рахунок енергії АТФ. Далі амінокислоти, активовані за допомогою АТФ, взаємодіють з т-РНК. Кожній амінокислоті відповідає своя специфічна т-РНК.

Індивідуальні т-РНК мають як загальні риси будови, так і свої особливості. Усі різновидності т-РНК несуть на одному кінці (аміноацильному кінці) одну й ту ж послідовність нуклеотидів — ЦЦА.

У цьому триплеті залишок кінцевого аденозину (А) слугує для приєднання активованої амінокислоти.

Друга ділянка строго специфічна для різних т-РНК: на ній міститься триплет нуклеотидів, званий антикодоном. Кожній амінокислоті відповідає певний антикодон па кінці т-РНК. Антикодон забезпечує специфічну взаємодію двох нуклеїнових кислот — т-РНК та і-РНК, яка здійснюється на наступних етапах синтезу білка в рибосомах.