ما هي الشفرة الوراثية: معلومات عامة. ما هي الشفرة الوراثية وما هي خصائصها؟تحدد الشفرة الوراثية مبدأ تسجيل المعلومات عنها

تصنيف الجينات

1) حسب طبيعة التفاعل في زوج أليلي:

المهيمن (الجين القادر على قمع مظهر الجين المتنحي الأليلي له) ؛ - المتنحية (الجين الذي يتم قمع تعبيره بواسطة الجين الأليلي السائد).

2) التصنيف الوظيفي:

2) الشفرة الوراثية- هذه مجموعات معينة من النيوكليوتيدات وتسلسل مواقعها في جزيء الحمض النووي. هذه هي الطريقة المميزة لجميع الكائنات الحية لتشفير تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات باستخدام تسلسل النيوكليوتيدات.

يستخدم الحمض النووي أربعة نيوكليوتيدات - الأدينين (A)، والجوانين (G)، والسيتوزين (C)، والثايمين (T)، والتي يُشار إليها في الأدب الروسي بالأحرف A وG وT وC. وتشكل هذه الحروف أبجدية الكود الجيني. يستخدم الحمض النووي الريبي (RNA) نفس النيوكليوتيدات، باستثناء الثيمين، الذي يتم استبداله بنيوكليوتيد مماثل - اليوراسيل، والذي يُشار إليه بالحرف U (U في الأدب الروسي). في جزيئات DNA وRNA، يتم ترتيب النيوكليوتيدات في سلاسل، وبالتالي يتم الحصول على تسلسل الحروف الجينية.

الكود الجيني

لبناء البروتينات في الطبيعة، يتم استخدام 20 حمضًا أمينيًا مختلفًا. كل بروتين عبارة عن سلسلة أو عدة سلاسل من الأحماض الأمينية في تسلسل محدد بدقة. يحدد هذا التسلسل بنية البروتين، وبالتالي جميع خصائصه البيولوجية. تعتبر مجموعة الأحماض الأمينية أيضًا عالمية لجميع الكائنات الحية تقريبًا.

يتم تنفيذ المعلومات الوراثية في الخلايا الحية (أي تخليق البروتين المشفر بواسطة الجين) باستخدام عمليتين مصفوفيتين: النسخ (أي تخليق mRNA على مصفوفة DNA) وترجمة الشفرة الوراثية إلى تسلسل الأحماض الأمينية (توليف سلسلة بولي ببتيد على مصفوفة mRNA). تكفي ثلاث نيوكليوتيدات متتالية لتشفير 20 حمضًا أمينيًا، بالإضافة إلى إشارة التوقف التي تشير إلى نهاية تسلسل البروتين. تسمى مجموعة من ثلاثة نيوكليوتيدات ثلاثية. تظهر في الشكل الاختصارات المقبولة المقابلة للأحماض الأمينية والكودونات.

خصائص الشفرة الوراثية

1. ثلاثية- وحدة الكود ذات المعنى هي مزيج من ثلاث نيوكليوتيدات (ثلاثية أو كودون).

2. استمرارية- لا توجد علامات ترقيم بين الثلاثيات، أي أن المعلومات تتم قراءتها بشكل مستمر.

3. السرية- لا يمكن أن يكون نفس النوكليوتيدات جزءًا من ثلاثة توائم أو أكثر في نفس الوقت.

4. النوعية- كودون محدد يتوافق مع حمض أميني واحد فقط.

5. الانحطاط (التكرار)- يمكن أن تتوافق عدة كودونات مع نفس الحمض الأميني.

6. براعه - الكود الجينييعمل نفس الشيء في الكائنات الحية بمستويات مختلفة من التعقيد - من الفيروسات إلى البشر. (تعتمد طرق الهندسة الوراثية على هذا)

3) النسخ - عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب والتي تحدث في جميع الخلايا الحية. وبعبارة أخرى، هو نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.

يتم تحفيز النسخ بواسطة إنزيم بوليميريز RNA المعتمد على الحمض النووي. تستمر عملية تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه من النهاية 5 إلى النهاية 3 بوصة، أي على طول شريط قالب الحمض النووي، يتحرك بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في الاتجاه 3 "-> 5"

يتكون النسخ من مراحل البدء والاستطالة والإنهاء.

الشروع في النسخ- عملية معقدة تعتمد على تسلسل الحمض النووي بالقرب من التسلسل المكتوب (وفي حقيقيات النوى أيضًا على أجزاء أبعد من الجينوم - المعززات وكواتم الصوت) وعلى وجود أو عدم وجود عوامل بروتينية مختلفة.

استطالة- يستمر تفكيك الحمض النووي وتوليف الحمض النووي الريبي (RNA) على طول سلسلة الترميز. فهو، مثل تخليق الحمض النووي، يحدث في الاتجاه 5-3

نهاية- بمجرد وصول البوليميراز إلى النهاية، فإنه ينفصل على الفور عن الحمض النووي، ويتم تدمير هجين DNA-RNA المحلي ويتم نقل الحمض النووي الريبي المركب حديثًا من النواة إلى السيتوبلازم، ويكتمل النسخ.

يعالج- مجموعة من التفاعلات التي تؤدي إلى تحويل المنتجات الأولية للنسخ والترجمة إلى جزيئات عاملة. تتعرض جزيئات السلائف غير النشطة وظيفيًا لـ P. الأحماض النووية الريبية (tRNA، rRNA، mRNA) وغيرها الكثير. البروتينات.

في عملية تخليق الإنزيمات التقويضية (تحطيم الركائز) ، يحدث التوليف المحفز للإنزيمات في بدائيات النوى. وهذا يمنح الخلية الفرصة للتكيف مع الظروف البيئية وتوفير الطاقة عن طريق إيقاف تخليق الإنزيم المقابل إذا اختفت الحاجة إليه.
للحث على تخليق الإنزيمات التقويضية، تكون الشروط التالية مطلوبة:

1. يتم تصنيع الإنزيم فقط عندما يكون انهيار الركيزة المقابلة ضروريًا للخلية.
2. يجب أن يتجاوز تركيز الركيزة في الوسط مستوى معين قبل تكوين الإنزيم المقابل.
من الأفضل دراسة آلية تنظيم التعبير الجيني في الإشريكية القولونية باستخدام مثال لاك أوبون، الذي يتحكم في تخليق ثلاثة إنزيمات تقويضية تحطم اللاكتوز. إذا كان هناك الكثير من الجلوكوز والقليل من اللاكتوز في الخلية، فسيظل المروج غير نشط، ويقع البروتين المثبط على المشغل - يتم حظر نسخ أوبرا لاك. عندما تنخفض كمية الجلوكوز في البيئة، وبالتالي في الخلية، ويزداد اللاكتوز، تحدث الأحداث التالية: تزداد كمية أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي، ويرتبط ببروتين CAP - ينشط هذا المركب المروج الذي ينشط فيه بوليميراز RNA. يربط. في الوقت نفسه، يرتبط اللاكتوز الزائد بالبروتين المثبط ويطلق العامل منه - المسار مفتوح لبوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA)، ويبدأ نسخ الجينات الهيكلية لأوبرا لاك. يعمل اللاكتوز كمحفز لتخليق تلك الإنزيمات التي تحطمه.

5) تنظيم التعبير الجيني في حقيقيات النوىهو أكثر تعقيدا بكثير. تقوم أنواع مختلفة من خلايا كائن حقيقي النواة متعدد الخلايا بتوليف عدد من البروتينات المتطابقة وفي نفس الوقت تختلف عن بعضها البعض في مجموعة البروتينات الخاصة بالخلايا من نوع معين. يعتمد مستوى الإنتاج على نوع الخلية، وكذلك على مرحلة تطور الكائن الحي. يتم تنظيم التعبير الجيني على المستوى الخلوي والكائن الحي. تنقسم جينات الخلايا حقيقية النواة إلى اثنينالأنواع الرئيسية: الأول يحدد عالمية الوظائف الخلوية، والثاني يحدد (يحدد) الوظائف الخلوية المتخصصة. وظائف الجينات المجموعة الأولىيظهر في جميع الخلايا. للقيام بوظائف مختلفة، يجب على الخلايا المتخصصة التعبير عن مجموعة محددة من الجينات.
تحتوي الكروموسومات والجينات والعاملات في الخلايا حقيقية النواة على عدد من السمات الهيكلية والوظيفية، وهو ما يفسر مدى تعقيد التعبير الجيني.
1. تحتوي مشغلات الخلايا حقيقية النواة على عدة جينات - منظمات يمكن أن توجد على كروموسومات مختلفة.
2. يمكن تركيز الجينات الهيكلية التي تتحكم في تخليق إنزيمات عملية كيميائية حيوية واحدة في العديد من العمليات، الموجودة ليس فقط في جزيء DNA واحد، ولكن أيضًا في عدة جزيئات.
3. التسلسل المعقد لجزيء الحمض النووي. هناك أقسام إعلامية وغير إعلامية، وتسلسلات نيوكليوتيدات إعلامية فريدة ومتكررة بشكل متكرر.
4. تتكون الجينات حقيقية النواة من إكسونات وإنترونات، ويصاحب نضوج الرنا المرسال استئصال الإنترونات من نسخ الرنا الأولية المقابلة (pro-RNA)، أي. الربط.
5. تعتمد عملية نسخ الجينات على حالة الكروماتين. يؤدي ضغط الحمض النووي المحلي إلى منع تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) تمامًا.
6. لا يرتبط النسخ في الخلايا حقيقية النواة دائمًا بالترجمة. يمكن تخزين mRNA المركب لفترة طويلة في شكل جسيمات معلوماتية. يحدث النسخ والترجمة في مقصورات مختلفة.
7. بعض الجينات حقيقية النواة لها توطين غير متناسق (الجينات القابلة للتغيير أو الترانسبوزونات).
8. كشفت طرق البيولوجيا الجزيئية عن التأثير المثبط لبروتينات الهيستون على تخليق الرنا المرسال.
9. أثناء تطور وتمايز الأعضاء، يعتمد النشاط الجيني على الهرمونات المنتشرة في الجسم وتسبب تفاعلات محددة في خلايا معينة. في الثدييات، عمل الهرمونات الجنسية مهم.
10. في حقيقيات النوى، في كل مرحلة من مراحل التطور، يتم التعبير عن 5-10٪ من الجينات، ويجب حظر الباقي.

6) إصلاح المادة الوراثية

التعويض الوراثي- عملية القضاء على الضرر الوراثي واستعادة الجهاز الوراثي الذي يحدث في خلايا الكائنات الحية تحت تأثير إنزيمات خاصة. تم اكتشاف قدرة الخلايا على إصلاح الضرر الجيني لأول مرة في عام 1949 من قبل عالم الوراثة الأمريكي أ. كيلنر. بصلح- وظيفة خاصة للخلايا تتمثل في القدرة على تصحيح الأضرار الكيميائية والكسر في جزيئات الحمض النووي التي تضررت أثناء عملية التخليق الحيوي الطبيعي للحمض النووي في الخلية أو نتيجة التعرض لعوامل فيزيائية أو كيميائية. يتم تنفيذه بواسطة أنظمة إنزيمية خاصة للخلية. يرتبط عدد من الأمراض الوراثية (مثل جفاف الجلد المصطبغ) باضطرابات في أنظمة الإصلاح.

أنواع التعويضات:

الإصلاح المباشر هو أبسط طريقة لإزالة الضرر في الحمض النووي، والذي يتضمن عادة إنزيمات محددة يمكنها بسرعة (عادة في مرحلة واحدة) إزالة الضرر المقابل، واستعادة البنية الأصلية للنيوكليوتيدات. هذا هو الحال، على سبيل المثال، مع ميثيل ترانسفيراز الحمض النووي O6-ميثيلجوانين، الذي يزيل مجموعة الميثيل من قاعدة نيتروجينية إلى إحدى بقايا السيستين الخاصة بها.

في عملية التمثيل الغذائي في الجسم دور قيادي ينتمي إلى البروتينات والأحماض النووية.
تشكل المواد البروتينية أساس جميع هياكل الخلايا الحيوية، ولها تفاعلية عالية بشكل غير عادي، وتتمتع بوظائف تحفيزية.
الأحماض النووية هي جزء من أهم عضو في الخلية - النواة، وكذلك السيتوبلازم، والريبوسومات، والميتوكوندريا، وما إلى ذلك. تلعب الأحماض النووية دورًا أساسيًا مهمًا في الوراثة، وتقلب الجسم، وفي تخليق البروتين.

يخططتوليف يتم تخزين البروتين في نواة الخلية، ويحدث تصنيعه المباشر خارج النواة، لذلك فهو ضروري خدمة التوصيلمشفرة يخطط من النواة إلى موقع التوليف. يتم تنفيذ خدمة التوصيل هذه بواسطة جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA).

تبدأ العملية في جوهر الخلايا: جزء من "سلم" الحمض النووي ينفتح وينفتح. وبفضل هذا، تشكل حروف الحمض النووي الريبوزي (RNA) روابط مع حروف الحمض النووي المفتوحة لأحد خيوط الحمض النووي. ينقل الإنزيم أحرف الحمض النووي الريبي (RNA) لضمها إلى شريط. هذه هي الطريقة التي يتم بها "إعادة كتابة" حروف DNA في حروف RNA. يتم فصل سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) المشكلة حديثًا، ويلتف "سلم" الحمض النووي مرة أخرى. تسمى عملية قراءة المعلومات من الحمض النووي وتوليفها باستخدام مصفوفة الحمض النووي الريبي (RNA) الخاصة بها النسخ ، ويسمى الحمض النووي الريبوزي المركب الرسول أو مرنا .

وبعد المزيد من التعديلات، أصبح هذا النوع من الرنا المرسال المشفر جاهزًا. مرنا يخرج من النواةويذهب إلى موقع تخليق البروتين، حيث يتم فك رموز رسائل mRNA. تشكل كل مجموعة من ثلاثة أحرف i-RNA "حرفًا" يمثل حمضًا أمينيًا محددًا.

ويعثر نوع آخر من الحمض النووي الريبوزي (RNA) على هذا الحمض الأميني، ويلتقطه بمساعدة إنزيم، ويوصله إلى موقع تخليق البروتين. ويسمى هذا الحمض النووي الريبوزي نقل الحمض النووي الريبي (RNA) أو t-RNA. ومع قراءة رسالة mRNA وترجمتها، تنمو سلسلة الأحماض الأمينية. تلتف هذه السلسلة وتطوى لتشكل شكلًا فريدًا، مما يؤدي إلى تكوين نوع واحد من البروتين. حتى عملية طي البروتين رائعة: فهي تتطلب جهاز كمبيوتر لحساب كل شيء خياراتإن طي بروتين متوسط ​​الحجم يتكون من 100 حمض أميني سيستغرق 1027 (!) سنة. ولا يستغرق الأمر أكثر من ثانية واحدة لتكوين سلسلة من 20 حمضاً أمينياً في الجسم، وتحدث هذه العملية بشكل مستمر في جميع خلايا الجسم.

الجينات والشفرة الوراثية وخصائصها.

يعيش حوالي 7 مليارات شخص على الأرض. وبصرف النظر عن 25-30 مليون زوج من التوائم المتطابقة، وراثيا كل الناس مختلفون : كل ​​شخص فريد من نوعه، وله خصائص وراثية فريدة وسمات شخصية وقدرات ومزاج.

وأوضح هذه الاختلافات الاختلافات في الأنماط الجينية- مجموعات من جينات الكائن الحي؛ كل واحدة فريدة من نوعها. تتجسد الخصائص الوراثية لكائن معين في البروتينات - لذلك فإن بنية البروتين لدى شخص ما تختلف، ولو بشكل طفيف جدًا، عن بروتين شخص آخر.

هذا ليس ما اعنيهأنه لا يوجد شخصان لديهما نفس البروتينات بالضبط. قد تكون البروتينات التي تؤدي نفس الوظائف هي نفسها أو تختلف قليلاً فقط بواحد أو اثنين من الأحماض الأمينية عن بعضها البعض. لكن غير موجود على الأرض من الأشخاص (باستثناء التوائم المتطابقة) الذين سيحصلون على كل بروتيناتهم هي نفسها .

معلومات الهيكل الأساسي للبروتينمشفرة على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات في جزء من جزيء الحمض النووي، الجين – وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي. يحتوي كل جزيء DNA على العديد من الجينات. وتشكله مجموع كل جينات الكائن الحي الطراز العرقى . هكذا،

الجين هو وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي، والتي تتوافق مع قسم منفصل من الحمض النووي

يتم ترميز المعلومات الوراثية باستخدام الكود الجيني ، وهو عالمي لجميع الكائنات الحية ويختلف فقط في تناوب النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات وترميز البروتينات لكائنات معينة.

الكود الجيني يتكون من ثلاثة توائم (ثلاثية) من نيوكليوتيدات الحمض النووي، مجتمعة في تسلسلات مختلفة (AAT، HCA، ACG، THC، وما إلى ذلك)، كل منها يشفر حمض أميني محدد (الذي سيتم بناؤه في سلسلة البولي ببتيد).

في الحقيقة شفرة العد تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء mRNA ، لأن يزيل المعلومات من الحمض النووي (عملية النسخ ) ويترجمها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتينات المركبة (العملية البث ).
يتضمن تكوين mRNA النيوكليوتيدات A-C-G-U، والتي تسمى ثلاثة توائم منها الكودونات : سيصبح الثلاثي الموجود على DNA CGT على i-RNA ثلاثي GCA، وسيصبح DNA AAG الثلاثي ثلاثي UUC. بالضبط رموز مرنا وينعكس الرمز الجيني في السجل.

هكذا، الشفرة الوراثية - نظام موحد لتسجيل المعلومات الوراثية في جزيئات الحمض النووي على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات . تعتمد الشفرة الوراثية على استخدام أبجدية مكونة من أربعة أحرف فقط - نيوكليوتيدات، تتميز بقواعد نيتروجينية: A، T، G، C.

الخصائص الأساسية للشفرة الوراثية:

1. الكود الجيني ثلاثية. الثلاثي (الكودون) عبارة عن سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا. وبما أن البروتينات تحتوي على 20 حمض أميني، فمن الواضح أن كل واحد منهم لا يمكن تشفيره بواسطة نيوكليوتيد واحد ( نظرًا لوجود أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات في الحمض النووي، ففي هذه الحالة يبقى 16 حمضًا أمينيًا غير مشفر). كما أن اثنين من النيوكليوتيدات لا يكفيان لتشفير الأحماض الأمينية، لأنه في هذه الحالة يمكن تشفير 16 حمضًا أمينيًا فقط. وهذا يعني أن أصغر عدد من النيوكليوتيدات التي تشفر حمضًا أمينيًا واحدًا يجب أن يكون ثلاثة على الأقل. في هذه الحالة، عدد ثلاثيات النيوكليوتيدات المحتملة هو 43 = 64.

2. التكرار (الانحطاط)الكود هو نتيجة لطبيعته الثلاثية ويعني أنه يمكن تشفير حمض أميني واحد بعدة توائم ثلاثية (نظرًا لوجود 20 حمضًا أمينيًا و64 ثلاثيًا)، باستثناء الميثيونين والتربتوفان، اللذين يتم ترميزهما بثلاثية واحدة فقط. بالإضافة إلى ذلك، تؤدي بعض التوائم الثلاثية وظائف محددة: في جزيء mRNA، تكون التوائم الثلاثية UAA وUAG وUGA عبارة عن كودونات توقف، أي. قف- الإشارات التي توقف تركيب سلسلة البولي ببتيد. الثلاثي المقابل للميثيونين (AUG)، الموجود في بداية سلسلة الحمض النووي، لا يرمز للحمض الأميني، ولكنه يؤدي وظيفة بدء القراءة (المثيرة).

3. عدم الغموض الكود - في نفس وقت التكرار، الكود له الخاصية عدم الغموض : كل ​​كودون يتطابق فقط واحدحمض أميني معين.

4. العلاقة الخطية المتداخلة الكود، أي تسلسل النيوكليوتيدات في الجين بالضبطيتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

5. الكود الوراثي غير متداخلة وصغيرة الحجم ، أي لا يحتوي على "علامات الترقيم". وهذا يعني أن عملية القراءة لا تسمح بإمكانية تداخل الأعمدة (ثلاثية)، والبدء من كودون معين، وتستمر القراءة بشكل مستمر، ثلاثية بعد ثلاثية، حتى قف-الإشارات ( رموز التوقف).

6. الكود الوراثي عالمي أي أن الجينات النووية لجميع الكائنات الحية تقوم بتشفير المعلومات حول البروتينات بنفس الطريقة، بغض النظر عن مستوى التنظيم والموقع المنهجي لهذه الكائنات.

يخرج جداول الشفرة الجينية لفك التشفير الكودونات mRNA وبناء سلاسل جزيئات البروتين.

تفاعلات توليف المصفوفة.

ردود فعل غير معروفة في الطبيعة غير الحية تحدث في الأنظمة الحية - تفاعلات توليف المصفوفة.

مصطلح "المصفوفة"في التكنولوجيا، يتم تحديد قالب يستخدم لصب العملات المعدنية والميداليات والخطوط المطبعية: المعدن المتصلب يستنسخ تمامًا جميع تفاصيل القالب المستخدم في الصب. توليف المصفوفةيشبه الصب على المصفوفة: يتم تصنيع جزيئات جديدة وفقًا للخطة الموضوعة في بنية الجزيئات الموجودة.

يكمن مبدأ المصفوفة في الصميمأهم التفاعلات التركيبية للخلية، مثل تخليق الأحماض النووية والبروتينات. تضمن هذه التفاعلات التسلسل الدقيق والمحدد بدقة لوحدات المونومر في البوليمرات المركبة.

هناك عمل اتجاهي يحدث هنا. سحب المونومرات إلى مكان معينالخلايا - إلى جزيئات تعمل كمصفوفة حيث يحدث التفاعل. إذا حدثت مثل هذه التفاعلات نتيجة لاصطدامات عشوائية بين الجزيئات، فإنها ستسير ببطء لا نهائي. يتم تصنيع الجزيئات المعقدة بناءً على مبدأ القالب بسرعة ودقة. دور المصفوفة تلعب الجزيئات الكبيرة من الأحماض النووية في تفاعلات المصفوفة الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي .

جزيئات أحاديةالتي يتم تصنيع البوليمر منها - النيوكليوتيدات أو الأحماض الأمينية - وفقًا لمبدأ التكامل، يتم وضعها وتثبيتها على المصفوفة بترتيب محدد ومحدد بدقة.

ثم يحدث ذلك "الربط المتقاطع" لوحدات المونومر في سلسلة بوليمر، ويتم تفريغ البوليمر النهائي من المصفوفة.

بعد ذلك المصفوفة جاهزةلتجميع جزيء بوليمر جديد. من الواضح أنه كما هو الحال في قالب معين، لا يمكن صب سوى عملة معدنية واحدة أو حرف واحد، كذلك يمكن تجميع بوليمر واحد فقط في جزيء مصفوفة معين.

نوع رد فعل المصفوفة- سمة محددة لكيمياء الأنظمة الحية. إنها أساس الخاصية الأساسية لجميع الكائنات الحية - قدرتها على إعادة إنتاج نوعها.

ردود الفعل التوليف القالب

1. تكرار الحمض النووي - النسخ المتماثل (من النسخ اللاتيني - التجديد) - عملية تخليق جزيء ابنة من حمض الديوكسي ريبونوكلييك على مصفوفة جزيء الحمض النووي الأصلي. أثناء الانقسام اللاحق للخلية الأم، تتلقى كل خلية ابنة نسخة واحدة من جزيء الحمض النووي المطابق للحمض النووي للخلية الأم الأصلية. وتضمن هذه العملية نقل المعلومات الوراثية بدقة من جيل إلى جيل. يتم تكرار الحمض النووي بواسطة مركب إنزيمي معقد يتكون من 15-20 بروتينًا مختلفًا يسمى com.replisome . المادة اللازمة للتوليف هي النيوكليوتيدات الحرة الموجودة في سيتوبلازم الخلايا. يكمن المعنى البيولوجي للتضاعف في النقل الدقيق للمعلومات الوراثية من الجزيء الأم إلى الجزيئات الابنة، والذي يحدث عادة أثناء انقسام الخلايا الجسدية.

يتكون جزيء DNA من شريطين متكاملين. ترتبط هذه السلاسل معًا بروابط هيدروجينية ضعيفة يمكن كسرها بواسطة الإنزيمات. جزيء الحمض النووي قادر على التضاعف الذاتي (النسخ المتماثل)، وفي كل نصف قديم من الجزيء يتم تصنيع نصف جديد.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيع جزيء mRNA على جزيء DNA، والذي ينقل بعد ذلك المعلومات الواردة من DNA إلى موقع تخليق البروتين.

يتم نقل المعلومات وتخليق البروتين وفقًا لمبدأ المصفوفة، والذي يشبه تشغيل المطبعة في دار الطباعة. يتم نسخ المعلومات من الحمض النووي عدة مرات. إذا حدثت أخطاء أثناء النسخ، فسوف تتكرر في جميع النسخ اللاحقة.

صحيح أنه يمكن تصحيح بعض الأخطاء عند نسخ المعلومات باستخدام جزيء الحمض النووي - وتسمى عملية إزالة الأخطاء الجبر. أول التفاعلات في عملية نقل المعلومات هو تكرار جزيء الحمض النووي وتوليف سلاسل الحمض النووي الجديدة.

2. النسخ (من النسخة اللاتينية - إعادة الكتابة) - عملية تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام الحمض النووي كقالب، والتي تحدث في جميع الخلايا الحية. وبعبارة أخرى، هو نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي.

يتم تحفيز النسخ بواسطة إنزيم بوليميريز RNA المعتمد على الحمض النووي. يتحرك بوليميراز RNA على طول جزيء DNA في الاتجاه 3" → 5". النسخ يتكون من مراحل البدء والاستطالة والإنهاء . وحدة النسخ هي الأوبون، وهو جزء من جزيء DNA يتكون من المروج والجزء المكتوب والمنهي . يتكون mRNA من سلسلة واحدة ويتم تصنيعه على DNA وفقًا لقاعدة التكامل بمشاركة إنزيم ينشط بداية ونهاية تركيب جزيء mRNA.

يدخل جزيء mRNA النهائي السيتوبلازم إلى الريبوسومات، حيث يحدث تخليق سلاسل البوليببتيد.

3. إذاعة (من اللات. ترجمة- النقل، الحركة) - عملية تخليق البروتين من الأحماض الأمينية على مصفوفة المعلومات (الرسول) RNA (mRNA، mRNA)، التي يقوم بها الريبوسوم. بمعنى آخر، هذه هي عملية ترجمة المعلومات الموجودة في تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البولي ببتيد.

4. النسخ العكسي هي عملية تشكيل الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل بناء على معلومات من الحمض النووي الريبي المفرد الذين تقطعت بهم السبل. تسمى هذه العملية بالنسخ العكسي، لأن نقل المعلومات الجينية يحدث في الاتجاه "العكسي" بالنسبة للنسخ. لم تكن فكرة النسخ العكسي في البداية تحظى بشعبية كبيرة لأنها تتناقض مع العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية، التي تفترض أن الحمض النووي يتم نسخه إلى RNA ثم ترجمته إلى بروتينات.

ومع ذلك، في عام 1970، اكتشف تيمين وبالتيمور بشكل مستقل إنزيمًا يسمى المنتسخة العكسية (revertase) وتم تأكيد إمكانية النسخ العكسي أخيرًا. وفي عام 1975، حصل تيمين وبالتيمور على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب. تتمتع بعض الفيروسات (مثل فيروس نقص المناعة البشرية، الذي يسبب الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية) بالقدرة على نسخ الحمض النووي الريبوزي (RNA) إلى الحمض النووي (DNA). يحتوي فيروس نقص المناعة البشرية على جينوم RNA مدمج في الحمض النووي. ونتيجة لذلك، يمكن دمج الحمض النووي للفيروس مع جينوم الخلية المضيفة. يسمى الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تخليق DNA من RNA عكسي. إحدى وظائف العكس هي الإنشاء الحمض النووي التكميلي ([كدنا]) من الجينوم الفيروسي. يشق إنزيم ريبونوكلياز المرتبط بالحمض النووي الريبوزي (RNA)، ويقوم الإنزيم العكسي بتصنيع [كدنا] من الحلزون المزدوج للحمض النووي. يتم دمج [كدنا] في جينوم الخلية المضيفة عن طريق التكامل. النتيجه هي تخليق البروتينات الفيروسية بواسطة الخلية المضيفةوالتي تشكل فيروسات جديدة. في حالة فيروس نقص المناعة البشرية، يتم أيضًا برمجة موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا) للخلايا اللمفاوية التائية. وفي حالات أخرى، قد تظل الخلية موزعة للفيروسات.

يمكن تمثيل تسلسل تفاعلات المصفوفة أثناء التخليق الحيوي للبروتين في شكل رسم تخطيطي.

هكذا، التخليق الحيوي للبروتين- هذا هو أحد أنواع التبادل البلاستيكي، حيث يتم تنفيذ المعلومات الوراثية المشفرة في جينات الحمض النووي في تسلسل محدد من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين.

جزيئات البروتين هي في الأساس سلاسل البولي ببتيدتتكون من الأحماض الأمينية الفردية. لكن الأحماض الأمينية ليست نشطة بما يكفي لتتحد مع بعضها البعض بمفردها. لذلك، قبل أن تتحد مع بعضها البعض وتشكل جزيء البروتين، يجب أن تكون الأحماض الأمينية تفعيل . يحدث هذا التنشيط تحت تأثير إنزيمات خاصة.

نتيجة للتنشيط، يصبح الحمض الأميني أكثر قابلية للتغير، وتحت تأثير نفس الإنزيم، يرتبط بـ t- الحمض النووي الريبي. يتوافق كل حمض أميني مع T- محدد بدقة الحمض النووي الريبي، الذي يجد "الحمض الأميني الخاص به" و التحويلاتإلى الريبوسوم.

وبالتالي مختلف الأحماض الأمينية المنشطة مجتمعة مع أحماضها الخاصةتي- الحمض النووي الريبي. الريبوسوم مثل الناقللتجميع سلسلة البروتين من مختلف الأحماض الأمينية الموردة إليه.

بالتزامن مع t-RNA، الذي "يجلس" عليه الحمض الأميني الخاص به. الإشارة"من الحمض النووي الموجود في النواة. وفقا لهذه الإشارة، يتم تصنيع هذا البروتين أو ذاك في الريبوسوم.

لا يتم التأثير المباشر للحمض النووي على تخليق البروتين بشكل مباشر، ولكن بمساعدة وسيط خاص - مصفوفةأو رسول الحمض النووي الريبي (m-RNAأو مرنا)، أيّ توليفها في النواةهـ تحت تأثير الحمض النووي، فتركيبته تعكس تركيبة الحمض النووي. يشبه جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) قالبًا من شكل الحمض النووي (DNA). يدخل mRNA المركب إلى الريبوسوم وينقله إلى هذا الهيكل يخطط- بأي ترتيب يجب أن يتم دمج الأحماض الأمينية المنشطة التي تدخل الريبوسوم مع بعضها البعض من أجل تصنيع بروتين معين؟ خلاف ذلك، يتم نقل المعلومات الوراثية المشفرة في الحمض النووي إلى mRNA ومن ثم إلى البروتين.

يدخل جزيء mRNA إلى الريبوسوم و غرزها. يتم تحديد ذلك الجزء منه الموجود حاليًا في الريبوسوم كودون (ثلاثي)يتفاعل بطريقة محددة تمامًا مع تلك المشابهة له من الناحية الهيكلية ثلاثي (أنتيكودون)في نقل الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي جلب الحمض الأميني إلى الريبوسوم.

يتطابق نقل الحمض النووي الريبي (RNA) مع حمضه الأميني مع كودون محدد من mRNA و يربطمعه؛ إلى القسم المجاور التالي من mRNA تتم إضافة tRNA آخر مع حمض أميني مختلفوهكذا حتى تتم قراءة سلسلة i-RNA بأكملها، حتى يتم تقليل جميع الأحماض الأمينية بالترتيب المناسب، لتكوين جزيء البروتين. والـ tRNA، الذي يوصل الحمض الأميني إلى جزء محدد من سلسلة البوليببتيد، متحرراً من حمضه الأمينيويخرج من الريبوسوم.

ثم، مرة أخرى في السيتوبلازم، يمكن للحمض الأميني المطلوب الانضمام إليه ونقله مرة أخرى إلى الريبوسوم. في عملية تخليق البروتين، لا تشارك واحدة، ولكن العديد من الريبوسومات - polyribosomes - في وقت واحد.

المراحل الرئيسية لنقل المعلومات الوراثية:

1. التوليف على الحمض النووي كقالب لmRNA (النسخ)
2. تصنيع سلسلة عديد الببتيد في الريبوسومات حسب البرنامج الموجود في mRNA (ترجمة) .

المراحل عالمية لجميع الكائنات الحية، ولكن العلاقات الزمانية والمكانية لهذه العمليات تختلف في الكائنات الحية وحقيقيات النوى.

ش بدائيات النوىيمكن أن يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد لأن الحمض النووي موجود في السيتوبلازم. ش حقيقيات النواةيتم الفصل بين النسخ والترجمة بشكل صارم في المكان والزمان: يتم تصنيع العديد من RNAs في النواة، وبعد ذلك يجب أن تترك جزيئات RNA النواة عن طريق المرور عبر الغشاء النووي. ثم يتم نقل RNAs في السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين.

يتم تحديد جميع السمات المورفولوجية والتشريحية والوظيفية لأي خلية حية أو كائن حي ككل من خلال بنية البروتينات المحددة التي تشكل الخلايا. القدرة على تصنيع البروتينات المحددة بدقة فقط هي خاصية وراثية للكائنات الحية. يتم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد - البنية الأساسية للبروتين، والتي تعتمد عليها خصائصه البيولوجية - من خلال تسلسل النيوكليوتيدات في جزيئات الحمض النووي. هذا الأخير هو حارس المعلومات الوراثية في الخلايا.

تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة متعدد النوكليوتيدات من الحمض النووي محدد جدًا لكل خلية ويمثلها الكود الجينيوالتي يتم من خلالها تسجيل معلومات حول تركيب بروتينات معينة. وهذا يعني أنه في الحمض النووي، يتم تشفير كل رسالة بتسلسل محدد من أربعة أحرف - A، G، T، C، تمامًا كما يتم تشفير الرسالة المكتوبة بأحرف (حروف) من الأبجدية أو شفرة مورس. الكود الوراثي هو ثلاثيةأي أن كل حمض أميني يتم تشفيره بواسطة مجموعة معروفة من ثلاث نيوكليوتيدات متجاورة تسمى كودون. من السهل حساب أن عدد المجموعات المحتملة لأربعة نيوكليوتيدات في ثلاث سيكون 64.

اتضح أن الرمز هو عديدأو "منحط" أي أن نفس الحمض الأميني يمكن تشفيره بعدة كودونات ثلاثية (من 2 إلى b)، في حين أن كل ثلاثية تشفر حمض أميني واحد فقط، على سبيل المثال، بلغة messenger RNA:

• فينيل ألانين - UUU، UUC؛
• إيزوليوسين - الجامعة الأمريكية بالقاهرة، الجامعة الأمريكية بالقاهرة، AUA؛
• البرولين - CCU، CCC، CCA، CCG؛
• سيرين - UCU، UCC، UCA، UCG، AGU، AGC.

وبصرف النظر عن هذا، فإن الرمز هو غير التداخل، ت.س. لا يمكن أن يكون نفس النوكليوتيدات جزءًا من ثلاثة توائم متجاورة في نفس الوقت. وأخيرًا، لا يحتوي هذا الرمز على فواصل، مما يعني أنه في حالة فقدان نيوكليوتيد واحد، فعند قراءته، سيحل محله أقرب نيوكليوتيد من الكودون المجاور، مما سيغير ترتيب القراءة بالكامل. ولذلك، تضمن شركة الاتصالات القراءة الصحيحة للكود من messenger RNA إذا تمت قراءته من نقطة محددة بدقة. كودونات البداية في الجزيء والـ RNA هي الثلاثية AUG و GU G.

رمز النوكليوتيدات عالمي لجميع الكائنات الحية والفيروسات: رمز ثلاثي متطابق للأحماض الأمينية المتطابقة. ويمثل هذا الاكتشاف خطوة جادة نحو فهم أعمق لجوهر المادة الحية، لأن عالمية الشفرة الوراثية تشير إلى وحدة أصل جميع الكائنات الحية. حتى الآن، تم فك رموز ثلاثة توائم لجميع الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل البروتينات الطبيعية. لذلك، بمعرفة ترتيب الثلاثيات في جزيء الحمض النووي (الشفرة الوراثية)، من الممكن تحديد ترتيب الأحماض الأمينية في البروتين.

يمكن لجزيء DNA واحد أن يشفر تسلسل الأحماض الأمينية للعديد من البروتينات. يُطلق على الجزء الوظيفي من جزيء DNA الذي يحمل معلومات حول بنية جزيء واحد من عديد الببتيد أو RNA الجينوم. هناك جينات بنيوية، تشفر المعلومات اللازمة لتخليق البروتينات الهيكلية والإنزيمية، وجينات تحتوي على معلومات لتخليق الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)، والرنا الريباسي الريباسي (rRNA)، وما إلى ذلك.

في أي خلية أو كائن حي، يتم تحديد جميع السمات التشريحية والمورفولوجية والوظيفية من خلال بنية البروتينات التي تتكون منها. الخاصية الوراثية للجسم هي القدرة على تصنيع بروتينات معينة. توجد الأحماض الأمينية في سلسلة متعددة الببتيد، والتي تعتمد عليها الخصائص البيولوجية.
كل خلية لها تسلسلها الخاص من النيوكليوتيدات في سلسلة متعدد النوكليوتيدات في الحمض النووي. هذا هو الكود الوراثي للحمض النووي. من خلاله يتم تسجيل معلومات حول تركيب بروتينات معينة. توضح هذه المقالة ماهية الشفرة الوراثية وخصائصها ومعلوماتها الوراثية.

قليلا من التاريخ

فكرة احتمال وجود شفرة وراثية صاغها ج. جامو وأ. داون في منتصف القرن العشرين. ووصفوا أن تسلسل النوكليوتيدات المسؤول عن تخليق حمض أميني معين يحتوي على ثلاث وحدات على الأقل. في وقت لاحق، أثبتوا العدد الدقيق للنيوكليوتيدات الثلاثة (هذه وحدة من الشفرة الوراثية)، والتي كانت تسمى الثلاثية أو الكودون. هناك أربعة وستين نيوكليوتيدًا في المجمل، لأن جزيء الحمض الذي يتواجد فيه الحمض النووي الريبي (RNA) يتكون من أربعة بقايا نيوكليوتيدات مختلفة.

ما هو الكود الوراثي

إن طريقة تشفير تسلسل بروتينات الأحماض الأمينية بسبب تسلسل النيوكليوتيدات هي سمة لجميع الخلايا والكائنات الحية. هذا هو الكود الوراثي.
هناك أربعة نيوكليوتيدات في الحمض النووي:

• الأدينين - أ؛
• جوانين - ز؛
• السيتوزين - ج؛
• الثايمين - ت.

يُشار إليها بالحروف اللاتينية الكبيرة أو (في أدب اللغة الروسية) بالحروف الروسية.
يحتوي الحمض النووي الريبوزي أيضًا على أربعة نيوكليوتيدات، لكن أحدها يختلف عن الحمض النووي:

• الأدينين - أ؛
• جوانين - ز؛
• السيتوزين - ج؛
• اليوراسيل - U.

جميع النيوكليوتيدات مرتبة في سلاسل، حيث يحتوي DNA على حلزون مزدوج بينما يحتوي RNA على حلزون واحد.
تُبنى البروتينات حيث تحدد خصائصها البيولوجية، الموجودة في تسلسل معين.

خصائص الشفرة الوراثية

ثلاثية. وحدة الشفرة الوراثية تتكون من ثلاثة أحرف، وهي ثلاثية. وهذا يعني أن الأحماض الأمينية العشرين الموجودة يتم تشفيرها بواسطة ثلاث نيوكليوتيدات محددة تسمى الكودونات أو الثلاثيات. هناك أربعة وستين مجموعة يمكن تكوينها من أربعة نيوكليوتيدات. هذه الكمية أكثر من كافية لتشفير عشرين حمضًا أمينيًا.
الانحطاط. يتوافق كل حمض أميني مع أكثر من كودون، باستثناء الميثيونين والتربتوفان.
عدم الغموض. كودون واحد لحمض أميني واحد. على سبيل المثال، في جين الشخص السليم الذي يحتوي على معلومات حول الهدف بيتا للهيموجلوبين، يقوم ثلاثي GAG وGAA بتشفير A في كل شخص مصاب بمرض فقر الدم المنجلي، ويتم تغيير نيوكليوتيد واحد.
العلاقة الخطية المتداخلة. يتوافق تسلسل الأحماض الأمينية دائمًا مع تسلسل النيوكليوتيدات التي يحتوي عليها الجين.
إن الشفرة الوراثية متواصلة ومدمجة، مما يعني أنها لا تحتوي على علامات ترقيم. وهذا هو، بدءا من كودون معين، تحدث القراءة المستمرة. على سبيل المثال، ستتم قراءة AUGGGUGTSUAUAUGUG على النحو التالي: AUG، GUG، TSUU، AAU، GUG. ولكن ليس AUG أو UGG وما إلى ذلك أو أي شيء آخر.
براعه. إنه نفس الشيء بالنسبة لجميع الكائنات الأرضية، من البشر إلى الأسماك والفطريات والبكتيريا.

طاولة

لا يتم تضمين جميع الأحماض الأمينية المتوفرة في الجدول المعروض. هيدروكسي برولين، هيدروكسي سيلين، فوسفوسرين، مشتقات اليود من التيروزين، السيستين وبعضها غائبة، لأنها مشتقات من الأحماض الأمينية الأخرى المشفرة بواسطة m-RNA والتي تشكلت بعد تعديل البروتينات نتيجة للترجمة.
ومن المعروف من خصائص الشفرة الوراثية أن كودون واحد قادر على تشفير حمض أميني واحد. الاستثناء هو الكود الوراثي الذي يؤدي وظائف إضافية ويشفر الفالين والميثيونين. إن mRNA، الموجود في بداية الكودون، يربط t-RNA، الذي يحمل فورميل ميثيون. عند الانتهاء من عملية التصنيع، يتم فصله وأخذ بقايا الفورميل معه، ويتحول إلى بقايا ميثيونين. وبالتالي، فإن الكودونات المذكورة أعلاه هي البادئة في تركيب سلسلة البولي ببتيد. إذا لم يكونوا في البداية، فلا يختلفون عن الآخرين.

المعلومات الجينية

ويعني هذا المفهوم برنامجًا للخصائص ينتقل من الأجداد. إنه جزء لا يتجزأ من الوراثة كشفرة وراثية.
يتم تحقيق الشفرة الوراثية أثناء تخليق البروتين:

• الحمض النووي الريبي المرسال؛
• الرنا الريباسي الريباسي.

يتم نقل المعلومات من خلال الاتصال المباشر (DNA-RNA-بروتين) والاتصال العكسي (بروتين متوسط-DNA).
يمكن للكائنات الحية استقباله وتخزينه ونقله واستخدامه بأكبر قدر من الفعالية.
تحدد المعلومات التي تنتقل عن طريق الميراث تطور كائن حي معين. ولكن بسبب التفاعل مع البيئة، فإن رد فعل الأخير مشوه، بسبب حدوث التطور والتنمية. وبهذه الطريقة، يتم إدخال معلومات جديدة إلى الجسم.

أوضح حساب قوانين البيولوجيا الجزيئية واكتشاف الشفرة الوراثية الحاجة إلى الجمع بين علم الوراثة ونظرية داروين، والتي على أساسها ظهرت نظرية التطور الاصطناعية - علم الأحياء غير الكلاسيكي.
إن وراثة داروين وتنوعه وانتقاءه الطبيعي يكملها الانتقاء المحدد وراثيا. ويتحقق التطور على المستوى الجيني من خلال الطفرات العشوائية ووراثة السمات الأكثر قيمة والأكثر تكيفًا مع البيئة.

فك شفرة الإنسان

وفي التسعينات تم إطلاق مشروع الجينوم البشري، ونتيجة لذلك تم اكتشاف أجزاء الجينوم التي تحتوي على 99.99% من الجينات البشرية في الألفين. الأجزاء التي لا تشارك في تخليق البروتين وغير المشفرة تظل مجهولة. ولا يزال دورهم مجهولا حتى الآن.

تم اكتشاف الكروموسوم 1 آخر مرة في عام 2006، وهو الأطول في الجينوم. أكثر من ثلاثمائة وخمسين مرضاً، بما فيها السرطان، تظهر نتيجة الاضطرابات والطفرات فيه.

لا يمكن المبالغة في تقدير دور مثل هذه الدراسات. عندما اكتشفوا ما هو الكود الوراثي، أصبح معروفا وفقا لما يحدث من أنماط التطور، وكيف يتم تشكيل البنية المورفولوجية، والنفسية، والاستعداد لبعض الأمراض، والتمثيل الغذائي وعيوب الأفراد.

الكود الجيني– نظام لتسجيل المعلومات الوراثية في DNA (RNA) على شكل تسلسل معين من النيوكليوتيدات، ويقابل تسلسل معين من النيوكليوتيدات في DNA و RNA تسلسل معين من الأحماض الأمينية في سلاسل البوليببتيد من البروتينات. من المعتاد كتابة الكود باستخدام الحروف الكبيرة من الأبجدية الروسية أو اللاتينية. يتم تحديد كل نيوكليوتيد بالحرف الذي يبدأ به اسم القاعدة النيتروجينية الموجودة في جزيئه: A (A) - الأدينين، G (G) - جوانين، C (C) - السيتوزين، T (T) - الثيمين؛ في الحمض النووي الريبي (RNA) بدلاً من ثيمينوراسيل - U (U). يحدد تسلسل النيوكليوتيدات تسلسل دمج AK في البروتين المركب.

خصائص الشفرة الوراثية:

1. ثلاثية- وحدة الكود ذات المعنى هي مزيج من ثلاث نيوكليوتيدات (ثلاثية أو كودون).
2. الاستمرارية- لا توجد علامات ترقيم بين الثلاثيات، أي أن المعلومات تتم قراءتها بشكل مستمر.
3. عدم التداخل- لا يمكن أن يكون نفس النوكليوتيدات جزءًا من اثنين أو أكثر من ثلاثة توائم في وقت واحد (لم يتم ملاحظة ذلك بالنسبة لبعض الجينات المتداخلة للفيروسات والميتوكوندريا والبكتيريا التي تشفر العديد من بروتينات الإطارات).
4. عدم الغموض(خصوصية) - كودون محدد يتوافق مع حمض أميني واحد فقط (ومع ذلك، كودون UGA في Euplotescrassus يشفر اثنين من الأحماض الأمينية - السيستين وسيلينوسيستين)
5. الانحطاط(التكرار) - يمكن أن تتوافق العديد من الكودونات مع نفس الحمض الأميني.
6. براعة- تعمل الشفرة الوراثية بنفس الطريقة في الكائنات الحية ذات مستويات مختلفة من التعقيد - من الفيروسات إلى البشر (تعتمد أساليب الهندسة الوراثية على هذا؛ هناك عدد من الاستثناءات، كما هو موضح في الجدول في قسم "الاختلافات في الشفرة الوراثية القياسية" أقل).

شروط التخليق الحيوي

يتطلب التخليق الحيوي للبروتين معلومات وراثية من جزيء الحمض النووي؛ messenger RNA - حامل هذه المعلومات من النواة إلى مكان التوليف؛ الريبوسومات - العضيات التي يحدث فيها تخليق البروتين نفسه؛ مجموعة من الأحماض الأمينية في السيتوبلازم. نقل RNAs التي تشفر الأحماض الأمينية ونقلها إلى موقع التوليف على الريبوسومات؛ ATP هي مادة توفر الطاقة لعملية التشفير والتخليق الحيوي.

مراحل

النسخ- عملية التخليق الحيوي لجميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) على مصفوفة الحمض النووي (DNA) والتي تحدث في النواة.

يتم تدمير جزء معين من جزيء الحمض النووي، والروابط الهيدروجينية بين السلسلتين تحت تأثير الإنزيمات. على شريط DNA واحد، كما هو الحال في القالب، يتم تصنيع نسخة RNA من النيوكليوتيدات وفقًا للمبدأ التكميلي. اعتمادًا على قسم الحمض النووي، يتم تصنيع الريبوسوم والنقل والرسول بهذه الطريقة.

بعد تخليق mRNA، يترك النواة ويرسل إلى السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين على الريبوسومات.

إذاعة- عملية تركيب سلاسل عديد الببتيد التي تتم على الريبوسومات، حيث يكون mRNA وسيطا في نقل المعلومات حول البنية الأولية للبروتين.

يتكون التخليق الحيوي للبروتين من سلسلة من التفاعلات.

1. تفعيل وترميز الأحماض الأمينية. يمتلك الحمض الريبي النووي النقال شكل ورقة البرسيم، وفي الحلقة المركزية يوجد مضاد ثلاثي لها، يتوافق مع كود حمض أميني محدد والكودون الموجود على mRNA. يرتبط كل حمض أميني بالـ tRNA المقابل باستخدام طاقة ATP. يتم تشكيل مجمع الحمض الأميني tRNA الذي يدخل الريبوسومات.

2. تشكيل مجمع الريبوسوم مرنا. يتم توصيل mRNA الموجود في السيتوبلازم بواسطة الريبوسومات على الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية.

3. تجميع سلسلة البولي ببتيد. يتحد الحمض الريبي النووي النقال مع الأحماض الأمينية، وفقًا لمبدأ تكامل الكودون المضاد، مع الرنا المرسال ويدخل الريبوسوم. في مركز الببتيد للريبوسوم، يتم تشكيل رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية، ويترك الحمض النووي الريبوزي المتحرر الريبوسوم. في هذه الحالة، يقوم mRNA بتطوير ثلاثة توائم واحدة في كل مرة، مما يؤدي إلى إدخال tRNA جديد - وهو حمض أميني وإزالة الحمض الريبي النووي النقال المتحرر من الريبوسوم. يتم توفير العملية برمتها بواسطة طاقة ATP. يمكن أن يتحد mRNA واحد مع العديد من الريبوسومات، مما يشكل متعدد الجسيمات، حيث يتم تصنيع العديد من جزيئات بروتين واحد في وقت واحد. ينتهي التوليف عندما تبدأ الكودونات الهراء (رموز التوقف) على mRNA. يتم فصل الريبوسومات عن mRNA، وإزالة سلاسل الببتيد منها. نظرًا لأن عملية التخليق بأكملها تتم على الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية، فإن سلاسل البوليببتيد الناتجة تدخل أنابيب ER، حيث تكتسب بنيتها النهائية ويتم تحويلها إلى جزيئات بروتينية.

يتم تحفيز جميع التفاعلات التوليفية بواسطة إنزيمات خاصة مع إنفاق طاقة ATP. معدل التوليف مرتفع جدًا ويعتمد على طول البولي ببتيد. على سبيل المثال، في ريبوسوم الإشريكية القولونية، يتم تصنيع بروتين مكون من 300 حمض أميني في حوالي 15-20 ثانية.