Sinteza matrica: opis, značajke i svojstva

Matrična sinteza je formiranje biopolimera, redoslijed jedinica u kojem se određuje primarna struktura druge molekule. Potonji djeluje kao matrica, "diktirajući" potreban redoslijed sastavljanja lanca. U živim stanicama poznata su tri biosintetska procesa na temelju tog mehanizma.

Koje su molekule sintetizirane na temelju matrice

Reakcije sinteze matriksa uključuju:

• replikacija - udvostručenje genetskog materijala;
• transkripcija - sinteza ribonukleinskih kiselina;
• emitiranje - proizvodnja molekula proteina.

Replikacija je transformacija jednog DNA molekule u dva identična međusobno, što je od velike važnosti za životni ciklus stanica (mitoza, mejoza, udvostručenje plazmida, dioba bakterijske stanice, itd.). Mnogi se procesi temelje na "reprodukciji" genetskog materijala, a sinteza matrice omogućuje vam da stvorite točnu kopiju bilo koje molekule DNA.

Transkripcija i translacija su dvije faze provedbe genoma. Istovremeno, nasljedne informacije zabilježene u DNA pretvaraju se u specifični skup proteina, od kojeg ovisi fenotip organizma. Taj se mehanizam naziva "DNA-RNA-protein" i jedna je od središnjih dogmi molekularne biologije.

Provedba ovog principa postiže se pomoću sinteze matriksa, koja konjugira proces stvaranja nove molekule s "izvornim uzorkom". Temelj tog uparivanja je temeljno načelo komplementarnosti.

Glavni aspekti sinteze molekula temeljenih na matrici

Informacije o strukturi sintetizirane molekule sadržane su u nizu veza same matrice, od kojih je svaki odabran odgovarajući element "kćerkog" lanca. Ako se kemijska priroda sintetiziranih i matriksnih molekula podudara (DNA-DNA ili DNA-RNA), konjugacija se događa izravno, jer svaki nukleotid ima par s kojim se može kontaktirati.

za sinteza proteina Potreban je medijator, čiji dio djeluje s matricom preko mehanizma nukleotidne korespondencije, a drugi vezuje proteinske veze. Stoga u ovom slučaju djeluje i princip komplementarnosti nukleotida, iako ne povezuje izravno veze matrice i sintetiziranih lanaca.

Faze sinteze

Svi procesi sinteze matrice podijeljeni su u tri faze:

• inicijacija (početak);
• produženje;
• završetak.

Inicijacija je priprema za sintezu, čija priroda ovisi o tipu procesa. Glavni cilj ove faze je dovesti sustav enzima i supstrata u radno stanje.

Tijekom izduženja, sinteza sintetiziranog lanca se izravno provodi, pri čemu se kovalentna veza (peptid ili fosfodiester) zatvara između jedinica odabranih prema matričnoj sekvenci. Prestanak dovodi do zastoja u sintezi i oslobađanju proizvoda.

Uloga komplementarnosti u mehanizmu sinteze matrice

Načelo komplementarnosti temelji se na selektivnoj podudarnosti dušičnih baza nukleotida jedna s drugom. Tako je samo adenin kao par, prikladan samo timin ili uracil (dvostruka veza), a citozin (3 trostruka veza) je prikladan za guanin.

U procesu sinteze nukleinskih kiselina s vezama jednolančane matrice, komplementarni nukleotidi se vežu, postavljajući se u određenu sekvencu. Tako se na temelju AACGTT DNA segmenta može dobiti samo TTGCAA tijekom replikacije, a UUGCAA - tijekom transkripcije.

Kao što je gore navedeno, sinteza proteina odvija se uz sudjelovanje posrednika. Tu ulogu ima transportna RNA, koja ima mjesto za vezanje amino kiseline i nukleotidni triplet (antikodon), dizajniran da se veže na RNA.

U ovom slučaju, komplementarni odabir se odvija ne jedan po jedan, već po tri nukleotida. Budući da je svaka aminokiselina specifična samo za jedan tip tRNA, a antikodon odgovara specifičnom tripletu u RNA, protein se sintetizira sa specifičnim slijedom jedinica koji je ugrađen u genom.

Kako se događa replikacija

Sinteza matrice DNA odvija se uz sudjelovanje raznih enzima i pomoćnih proteina. Ključne komponente su:

• DNA helikaza - odmotava dvostruku zavojnicu, uništava veze između lanaca molekule;
• DNA ligaza - "šiva" rupe između fragmenata Okazakija;
• Primemaz - sintetizira sjeme, potrebno za rad DNA-sintetizirajućeg fragmenta;
• SSB proteini - stabiliziraju jednolančane fragmente DNA;
• DNA polimeraza - sintetizira lanac kćernog matriksa.

Helicase, primase i SSB proteini pripremaju teren za sintezu. Kao rezultat, svaki od lanaca izvorne molekule postaje matrica. Sinteza se izvodi velikom brzinom (od 50 nukleotida u sekundi).

Rad DNA polimeraze odvija se u smjeru od 5`k3`- kraja. Zbog toga se na jednom od (vodećih) lanaca sinteza odvija uzduž odmotavanja i kontinuirano, as druge (zaostaje) - u suprotnom smjeru iu odvojenim fragmentima, nazvanim "Okazaki".

Struktura u obliku slova Y, formirana na mjestu otkrivanja DNA, naziva se replikacijska vilica.

Mehanizam transkripcije

Ključni transkripcijski enzim je RNA polimeraza. Potonji je više vrsta i razlikuje se po strukturi prokariota i eukariota. Međutim, mehanizam njegovog djelovanja je svugdje isti i sastoji se u izgradnji lanca komplementarno odabranih ribonukleotida s zatvaranjem fosfodiesterske veze između njih.

Molekula DNA je molekula matrice za ovaj proces. Na temelju toga mogu se stvoriti različite vrste RNK, a ne samo informativne, koje se koriste u sintezi proteina.

Područje matrice iz koje je RNA sekvencija "degradirana" naziva se transkript. Sadrži promotor (mjesto za vezanje RNA polimeraze) i terminator na kojem se sinteza zaustavlja.

prijevod

Sinteza proteina matriksa u prokariotima i eukariotima provodi se u specijaliziranim organoidima, ribosomima. Potonje se sastoji od dvije podjedinice, od kojih jedna služi za vezanje tRNA i glasničke RNA, a druga (velika) sudjeluje u stvaranju peptidnih veza.

Početku translacije prethodi aktiviranje aminokiselina, tj. Njihovo vezanje na odgovarajuću transportnu RNK s nastankom makroergijske veze, zbog energije čija se reakcija transpeptidacije naknadno izvodi (vezanje na lanac sljedeće veze).

Proteinski faktori i GTP također su uključeni u proces sinteze. Energija potonje je potrebna za promicanje ribosoma duž lanca RNA šablona.