Біосинтез нуклеїнових кислот

Біосинтез нуклеїнових кислот

Біосинтез нуклеїнових кислот. Базується на принципі комплементарності, коли один полінуклеотидний ланцюг стає матрицею для синтезу іншого.

Нуклеотиди. Молекула нуклеотиду складається з трьох компонентів: залишків нітратної основи, п’ятивуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти. Загальна формула нуклеотиду:а — ортофосфатна кислота, б — п’ятивуглецевий моносахарид (пентоза), в — нітратна основа

Будівельним матеріалом для синтезу нуклеїнових кислот є нуклеотиди, що містять рибозу для синтезу РНК) або дезоксирибозу (для синтезу ДНК). До синтезу нуклеїнових кислот залучаються АТФ та інші нуклеотиди, які містять не один, а три ортофосфатні залишки: ГТФ (гуанозинтрифосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат), ТТФ (тимідинтрифосфат) та УТФ (уридинтрифосфат). Усі вони утворюються з відповідних нуклеотидів-монофосфатів та АТФ. У процесі синтезу нуклеотид (з одним ортофосфатним залишком) приєднується до полінуклеотидного ланцюга, що синтезується, а два ортофосфатні залишки відщеплюються.

Попередниками нуклеотидів, які входять до складу нуклеїнових кислот, є амінокислоти та фосфорильована рибоза. Крім того, при розщепленні нуклеїнових кислот значна частина нітрогеновмісних основ не розщеплюється, а використовується знову для синтезу нових нуклеотидів. Спочатку синтезуються нуклеотиди, що містять рибозу. Частина їх перетворюється у відповідних реакціях на нуклеотиди, до складу яких входить дезоксирибоза.

Біосинтез ДНК Реплікація - здатність молекул ДНК до самоподвоєння

Для ініціації (запускання) синтезу до розплетеного ланцюга на матриці має бути синтезований короткий комплементарний фрагмент РНК — затравка, або праймер(5). Він потрібен тому, що фермент, який каталізує реплікацію ДНК (ДНК-полімераза(3)), потребує для приєднання не одноланцюгової ділянки, а дволанцюгової.

Фермент ДНК-полімераза(3) забезпечує послідовне приєднання нуклеотидів до кінця ланцюга, що синтезується, і каталізує реакцію утворення фосфодиетерного зв’язку між кінцевим нуклеотидом та тим, який щойно приєднався. Один з ланцюгів синтезується безперервно, а на другому, у міру того як розплітається ДНК, утворюються короткі фрагменти завдовжки 1000—2000 нуклеотидів, що згодом об’єднуються. Отже, у результаті утворюються дві дочірні ідентичні молекули ДНК, кожна з яких є точною копією материнської . Процес реплікації напівконсервативний, бо кожна з двох дочірніх молекул ДНК отримує один ланцюг від материнської молекули, а другий ланцюг синтезується на ньому за принципом комплементарності з вільних нуклеотидів.

РНКМолекула РНК — це нерозгалужений ланцюг залишків нуклеотидів, які з’єднані один з одним послідовно ковалентним полярним зв’язком. Цей зв’язок утворюється між залишком пентози одного нуклеотиду і залишком ортофосфатної кислоти іншого нуклеотиду.

Схематична будова фрагменту РНКРНК — нерегулярний полімер, тобто нуклеотиди різного виду чергуються нерегулярно.... АГЦГУАГЦЦАУ...

Біосинтез РНКУсі види РНК (м. РНК, т. РНК, р. РНК) синтезуються за принципом комплементарності на молекулах ДНК. Ці реакції забезпечуються відповідними ферментами. Спочатку синтезуються попередники РНК (про-РНК), які згодом перетворюються на функціонально активні молекули.

Біосинтез РНК відбувається під час транскрипції — процесу переписування генетичної інформації з фрагмента одного з ланцюгів молекули ДНК на синтезовану молекулу РНК. Ключовим елементом системи транскрипції є фермент РНК-полімераза, який під час транскрипції, подібно до ДНК-полімерази, забезпечує приєднання нуклеотидів молекули РНК, що синтезується, комплементарних нуклеотидам одного з ланцюгів ДНК, який слугує матрицею.

Інформаційна (або матрична) РНК(коротке позначення іРНК, або м. РНК) може знаходитись у цитоплазмі, ядрі, мітохондріях, хлоропластах, утворювати з рибосомами комплекс полісому. Основні функції іРНК — перенесення генетичної інформації від основного джерела (як правило, від ДНК) до місця синтезу білка та безпосередня участь у синтезі білкових молекул. Полісома:1 — іРНК, 2 — рибосома, 3 — поліпептид

Транспортна РНК (т. РНК)міститься в цитоплазмі, мітохондріях і пластидах, має найменші розміри серед усіх молекул РНК (складається з 70—90 нуклеотидів). Основна функція т. РНК — переносити амінокислоти до рибосом, на яких відбувається синтез білкових молекул. Кожен вид т. РНК високо специфічний, тобто переносить тільки конкретну амінокислоту. Хоча до складу білка входить 20 амінокислот, існує 60 видів т. РНК (декілька видів т. РНК можуть переносити один вид амінокислот). Транспортна РНК має вторинну структуру, що підтримується водневими зв’язками і формою нагадує листок конюшини. Біля верхівки «листка» містяться три нуклеотиди, які відповідають певній амінокислоті за генетичним кодом. Вони називаються антикодоном. А з протилежного боку, біля основи молекули т. РНК, є ділянка, до якої приєднується амінокислота. Вторинна структура т. РНК:1 — антикодон, 2 — місце приєднання амінокислот

Рибосомна РНК (р. РНК)є найбільшою (3—5 тис. нуклеотидів), вона є складовою рибосом і разом з білками забезпечує певне розташування іРНК і т. РНК під час синтезу білкової молекули

Ген. Ділянка ДНК, на якій здійснюється транскрипція, — це ген. Кожен ген містить власне інформативну ділянку послідовності, яка є його основною змістовною частиною, а також регуляторну ділянку, від якої залежить ініціація транскрипції — первинне зв’язування ферменту РНК-полімерази з ДНК.

Процес ініціації транскрипції кожного гена контролюють спеціальні білки — фактори транскрипції. Вони сприяють зв’язуванню РНК-полімерази або, навпаки, блокують його. Це один з механізмів регуляції цих процесів. Після зв’язування РНК-полімераза починає рухатись уздовж подвійної спіралі. При цьому в ділянці взаємодії з ферментом два ланцюги ДНК розплітаються і один з них слугує матрицею, яка визначає порядок приєднання чергового нуклеотиду до кінця ланцюга РНК, що синтезується.

Припиняється синтез РНК на спеціальній ділянці ДНК, яка також входить до складу гена і слугує сигналом для припинення (термінації) цього процесу. Другий ланцюг молекули ДНК (кодуючий) у процесі транскрипції залишається неактивним. Його нуклеотидний склад відповідає нуклеотидному складу синтезованої молекули РНК.

ВИСНОВОКУ біологічних системах відбувається особливий тип біохімічних реакцій, коли молекула однієї сполуки слугує основою для синтезу молекули іншої. Один з ланцюгів материнської молекули ДНК слугує матрицею для синтезу другого — дочірнього або основою для синтезу різних типів молекул РНК. Такі біохімічні процеси дістали назву реакцій матричного синтезу. Під час реакцій матричного синтезу нові молекули утворюються згідно з планом будови молекули-матриці: мономери молекули, що синтезується, розташовуються в точній відповідності до розташування мономерів у молекулі-матриці.