Матричный синтез

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Мáтричный си́нтез — это способ воспроизводства молекул ДНК и синтеза молекул РНК, при котором одна нить ДНК служит матрицей (образцом) для построения дочерней молекулы[1][2].

Предыстория[править]

Зарождение молекулярной биологии во второй половине XX века сопровождалось появлением понятий «молекулярная болезнь» и «молекулярная медицина»[3]. Американский биолог Джеймс Уотсон и британский молекулярный биолог Френсис Крик предложили модель строения молекулы ДНК в виде двойной спирали, которая позволила в должной степени оценить её биологическую роль[4]. Из этой модели вытекал принцип матричных синтезов — синтезов, при которых информация о структуре синтезируемой молекулы закодирована в строении молекулы-матрицы[5].

На матрице молекулы ДНК синтезируется молекула иРнК, которая, в свою очередь, является матрицей для синтезируемых на рибосомах полипептидных цепях белка. Именно белки реализуют генетическую информацию. Ввиду этого, белки рассматриваются как действительно работающие в клетке «вычислительные машины»[6]. Последовательность считывания генетической информации в направлении ДНК > РНК > белок получила название главной догмы молекулярной биологии.

В отечественной науке принцип матричного синтеза биологических макромолекул высказал учёный Николай Константинович Кольцов[7].

Определения и описание[править]

Матричный синтез можно определить как способ образования полимерных молекул (ДНК, РНК, белков), строение которых определяется строением матрицы (ДНК или иРНК)[2]. По сути, матричный синтез — это создание копии исходной информации на несколько ином или новом «генетическом языке»[8].

Матричный синтез включает в себя следующие процессы[2]:

В результате репликации, происходящей во время интерфазы (синтетический период), происходит удвоение количества молекул ДНК. Для этого ДНК-хеликаза расшивает спираль ДНК на две отдельные цепи, тогда как ДНК-полимераза (фермент) достраивает новые цепи по принципу комплементарности и антипараллельности[9].

Для синтеза белка необходимо, чтобы информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре была доставлена к рибосомам. Данный процесс включает в себя два этапа ‒ транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция представляет собой синтез молекулы РНК на матрице ДНК. Важно, что не только иРНК, а всех видов РНК.

Транскрипция включает в себя следующие этапы[10]:

  • РНК-полимераза садится на 3’ конец транскрибируемой цепи ДНК.
  • Начинается элонгация — полимераза «скользит» по ДНК в сторону 5’ конца и строит комплементарную ДНК цепь иРНК.
  • Полимераза доходит до конца гена, «слетает» с ДНК и отпускает иРНК.
  • После этого происходит процесс созревания РНК — процессинг.

Трансляция — это непосредственно процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Представляет собой перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот в полипептиде. Происходит в цитоплазме клетки. Главный поставщик энергии при трансляции: аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та (АТФ)[10].

В процессе трансляции участвуют[2]:

  • иРНК, выступающая в качестве матрицы для построения белка (в иРНК есть кодоны — последовательность из трёх нуклеотидов, несущих информацию об аминокислотах);
  • тРНК, доставляющие аминокислоты к месту синтеза (в тРНК — антикодоны, комплементарные кодонам в иРНК. К акцепторному концу (3’-конец) тРНК присоединена соответствующая аминокислота);
  • рРНК;
  • рибосомы, удерживающие иРНК, тРНК и ферменты в нужном положении, пока не произойдёт образование пептидной связи между соседними аминокислотами.;
  • ферменты, катализирующие химические процессы на различных этапах синтеза.

Трансляция включает в себя следующие этапы[10]:

  • Рибосома узнаёт кэп, садится на иРНК.
  • На Р-сайт рибосомы приходит первая тРНК с аминокислотой.
  • На А-сайт рибосомы приходит вторая тРНК с аминокислотой.
  • АК образуют пептидную связь.
  • Рибосома делает шаг длиною в один триплет.
  • На освободившийся А-сайт приходит следующая тРНК.
  • АК образуют пептидную связь.
  • Вышеописанные три последних процесса продолжаются, пока рибосома не встретит стоп-кодон.
  • Рибосома разбирается, отпускает полипептидную цепь.
Процессы инициации, элонгации, терминации

Биосинтез включает в себя три стадии[11]:

  • инициация (образование инициирующего комплекса вследствие соединения мРНК с рибосомой и тРНК);
  • элонгация (удлинение полипептидной цепи);
  • терминация (окончание синтеза).

См. также[править]

Примечания[править]

  1. ↑ Урок 7. Генетическая информация её реализация в клетке. Ген. Геном. Реакции матричного синтеза - Биология - 10 класс. Российская электронная школа. Проверено 5 февраля 2024.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Биосинтез белка. Учебник MAXIMUM Education. Проверено 5 февраля 2024.
  3. ↑ Pauling L., Itano H., Singer S.J., Wells I. Sickle Cell Anemia, a Molecular Disease // Science, Vol. 110, No. 2865. — С. 543—548.
  4. ↑ Лада Бакал Интриги, ложь и странные случайности — как учёные открывали структуру ДНК. МЕЛ (09.06.2021). Проверено 5 февраля 2024.
  5. ↑ Леонов Д.В., Устинов Е.М., Деревянная В.О., Кислицкий В.М., Самсонова С.К., Алаторцева М.Е., Маркелова А.Н., Высоцкая В.В., Чурикова Т.С., Трофимкина Ю.В., Майорова А.О., Лейкам С.Е., Антипенко Д.В., Михайловский А.И., Григорьев Д.А., Бородин П.Е., Бородин Е.А. Генетический полиморфизм. Значение. Методы исследования 62—67. Амурский медицинский журнал. 2(18). (2017). Проверено 5 февраля 2024.
  6. ↑ Арчаков А.И. Биоинформатика, геномика и протеомика - науки о жизни XXI столетия // Вопросы медицинской биохимии. Т. 47. 1.. — 2000. — С. 2—9.
  7. ↑ Н. Н. Юрченко, О. В. Трапезов, И. К. Захаров Николай Константинович Кольцов – автор идеи матричного синтеза и основатель экспериментальной биологии в России. Вавиловский журнал генетики и селекции. 16(2) (2012). Проверено 5 февраля 2024.
  8. ↑ Ю.С. Беллевич Транскрипция и трансляция. Studarium. Проверено 5 февраля 2024.
  9. ↑ BioFamily | ЕГЭ по биологии 2024 МАТРИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ: репликация, транскрипция, трансляция. Яндекс Дзен (10.11.2022). Проверено 5 февраля 2024.
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 Что такое биосинтез белка в клетке // Фоксфорд. — 2023.
  11. ↑ Реакции матричного синтеза. Биосинтез белка. Инфоурок. Проверено 5 февраля 2024.

Литература[править]

  • Леонов Д. В., Устинов Е. М., Деревянная В. О., Кислицкий В. М., Самсонова С. К., Алаторцева М. Е., Маркелова А. Н., Высоцкая В. В., Чурикова Т. С., Трофимкина Ю. В., Майорова А. О., Лейкам С. Е., Антипенко Д. В., Михайловский А. И., Григорьев Д. А., Бородин П. Е., Бородин Е. А. Генетический полиморфизм. Значение. Методы исследования // Амурский медицинский журнал. 2017. № 2 (18). 62-67.
  • Волкоморов В. В., Григорьева Е. С., Краснов Г. В., Литвяков Н. В., Лисицын Н. А., Воевода М. И., Белковец А. В., Афанасьев С. Г., Чердынцева Н. В. Идентификация маркеров аденокарциномы желудка на основе биоинформатического поиска и анализа генной экспрессии // Успехи молекулярной онкологии. 2017. № 1. 40-45.
  • Смирнов Л. П., Суховская И. В. Роль глутатиона в функционировании систем антиоксидантной защиты и биотрансформации (обзор) // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 2014. № 6 (143). 34-40.
  • Квитко О. В., Сапун А. С., Конева И. И., Шейко Я. И., Балашенко Н. А., Дромашко С. Е. Биологические эффекты экзогенных полинуклеотидов и перспективы их использованияв медицине // Молекулярная и прикладная генетика. 2012. №. 126—135.
  • Оловников А. М. Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов // Докл. акад. наук СССР. 1971. Т. 201. № 6. С. 1496-9.

Ссылки[править]

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Матричный синтез», расположенная по адресу:

—«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Матричный_синтез»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Матричный_синтез&oldid=2177543