Sinteza matrik: opis, lastnosti in lastnosti

Matrična sinteza je tvorba biopolimera, zaporedje enot, v katerem je določena primarna struktura druge molekule. Slednji deluje kot matrika, ki "narekuje" potreben red zbiranja verige. V živih celicah so na podlagi tega mehanizma znani trije biosintetični procesi.

Katere molekule se sintetizirajo na podlagi matrike

Reakcije sinteze matriksa vključujejo:

• replikacija - podvojitev genskega materiala;
• transkripcija - sinteza ribonukleinskih kislin;
• oddajanje - proizvodnja beljakovinskih molekul.

Replikacija je transformacija enega Molekule DNA v dveh enakih, ki so zelo pomembni življenjski cikel celic (mitoza, mejoza, podvojitev plazmidov, delitev bakterijskih celic itd.). Zelo veliko procesov temelji na "reprodukciji" genskega materiala, sinteza matriksa pa vam omogoča, da ustvarite natančno kopijo katerekoli molekule DNA.

Transkripcija in prevod sta dve stopnji izvajanja genoma. Istočasno se dedne informacije, zapisane v DNK, pretvorijo v specifično beljakovinsko skupino, od katere je odvisen fenotip organizma. Ta mehanizem se imenuje "DNA-RNA-protein" in je ena osrednjih dogm molekularne biologije.

Izvajanje tega načela se doseže s pomočjo matrične sinteze, ki konjugira proces nastajanja nove molekule z "originalnim vzorcem". Osnova tega seznanjanja je temeljno načelo dopolnjevanja.

Glavni vidiki sinteze molekul na osnovi matrice

Informacije o strukturi sintetizirane molekule so vsebovane v zaporedju povezav same matrike, na katero je izbran ustrezen element "hčerinske" verige. Če kemijska narava sintetiziranih in matriksnih molekul sovpada (DNA-DNA ali DNA-RNA), se konjugacija pojavi neposredno, ker ima vsak nukleotid par, s katerim ga lahko kontaktiramo.

Za sintezo beljakovin Potreben je mediator, katerega del je v interakciji z matriko preko mehanizma nukleotidne korespondence, drugi pa veže proteinske vezi. V tem primeru deluje tudi princip komplementarnosti nukleotidov, čeprav ne poveže neposredno vezi matriksa in sintetiziranih verig.

Faze sinteze

Vsi procesi sinteze matrik so razdeljeni v tri stopnje:

• začetek (začetek);
• raztezek;
• zaključek.

Iniciacija je priprava na sintezo, katere narava je odvisna od vrste procesa. Glavni cilj te faze je, da sistem encima-substrata spravimo v delovno stanje.

Med raztezkom se neposredno izvede sinteza sintetizirane verige, pri kateri se kovalentna vez (peptid ali fosfodiester) zapre med enotami, izbranimi po matrični sekvenci. Prenehanje povzroči zaustavitev sinteze in sproščanja izdelka.

Vloga komplementarnosti v mehanizmu sinteze matriksa

Načelo komplementarnosti temelji na selektivni ustreznosti dušikovih baz nukleotidov. Torej je za adenin kot par primerna samo timin ali uracil (dvojna vez), citozin (3 trojne vezi) pa je primeren za gvanin.

V procesu sinteze nukleinskih kislin s povezavami enoverižnega matriksa se vežejo komplementarni nukleotidi, ki se postavljajo v določeno sekvenco. Tako lahko na osnovi AACGTT DNA segmenta med replikacijo dobimo le TTGCAA, UUGCAA pa med transkripcijo.

Kot je navedeno zgoraj, nastane sinteza beljakovin ob sodelovanju posrednika. To vlogo ima transportna RNA, ki ima mesto za vezavo aminokisline in nukleotidni triplet (anticodon), ki je namenjena za vezavo na RNA.

V tem primeru se komplementarna izbira ne pojavi ena po ena, ampak trije nukleotidi. Ker je vsaka aminokislina specifična samo za eno vrsto tRNA, in antikodon ustreza specifičnemu tripletu v RNA, se protein sintetizira s specifičnim zaporedjem enot, ki so vključene v genom.

Kako se zgodi replikacija

Sinteza matrične DNA poteka ob sodelovanju različnih encimov in pomožnih beljakovin. Ključne komponente so:

• DNA helikaza - odvija dvojno vijačnico, uničuje vezi med verigami molekule;
• DNA ligaza - "šiva" vrzeli med fragmenti Okazakija;
• Primemaz - sintetizira seme, potrebno za delo fragmenta, ki sintetizira DNA;
• SSB proteini - stabilizirajo enoverižne fragmente DNA;
• DNA polimeraza - sintetizira hčerinsko matrično verigo.

Helikaze, primase in SSB pripravljajo podlago za sintezo. Posledica tega je, da vsaka od verig prvotne molekule postane matrika. Sintezo izvedemo z veliko hitrostjo (od 50 nukleotidov na sekundo).

Delo DNA polimeraze poteka v smeri od konca 5`k 3`. Zaradi tega se na eni od (vodilnih) verig sinteza odvija vzdolž odvijanja in neprekinjeno, na drugi strani (zaostaja) - v nasprotni smeri in v ločenih delcih, imenovanih "Okazaki".

Struktura v obliki črke Y, ki je nastala na mestu razkroja DNA, se imenuje replikacijska vilica.

Transkripcijski mehanizem

Ključni transkripcijski encim je RNA polimeraza. Slednji je več vrst in se razlikuje po strukturi prokariotov in evkariontov. Mehanizem njegovega delovanja je povsod enak in je sestavljen iz izgradnje verige komplementarno izbranih ribonukleotidov z zaprtjem fosfodiestrske vezi med njimi.

Molekula DNK je matriksna molekula za ta proces. Na njegovi podlagi lahko nastanejo različne vrste RNA, ne le informativne, ki se uporabljajo pri sintezi beljakovin.

Področje matrice, iz katere je "degradirana" RNA sekvenca, se imenuje transkript. Vsebuje promotor (mesto za pritrditev RNA polimeraze) in terminator, pri katerem se sinteza ustavi.

Oddaja

Sinteza beljakovin v obeh prokariontih in evkariontih se izvaja v specializiranih organoidih, ribosomih. Slednje sestavljajo dve podenoti, od katerih ena služi za vezavo tRNA in selitveno RNA, druga (velika) pa sodeluje pri nastajanju peptidnih vezi.

Pred začetkom prevoda sledi aktiviranje aminokislin, t.j. njihova vezava na ustrezno transportno RNA z nastankom makroergične vezi, zaradi energije katere se nato izvedejo reakcije transpeptidacije (vezava na verigo naslednje povezave).

V proces sinteze sodelujejo tudi proteinski faktorji in GTP. Energija slednjega je potrebna za napredovanje ribosoma vzdolž verige RNA.