Promjena DNK uslijed prijelaza. Struktura molekule DNK
Molekula DNK sastoji se od dva lanca koji tvore dvostruku spiralu. Njegovu strukturu prvi su dešifrirali Francis Crick i James Watson 1953. godine.
Isprva je molekula DNK, koja se sastoji od para nukleotidnih lanaca upletenih jedan oko drugog, postavila pitanje zašto je imala takav oblik. Znanstvenici su ovu pojavu nazvali komplementarnošću, što znači da se samo određeni nukleotidi mogu nalaziti jedan nasuprot drugome u svojim nitima. Na primjer, adenin je uvijek nasuprot timinu, a gvanin je uvijek nasuprot citozinu. Ovi nukleotidi molekule DNA nazivaju se komplementarni.
Shematski, to je prikazano kako slijedi:
T - A
C - G
Ovi parovi tvore kemijsku nukleotidnu vezu, koja određuje redoslijed u kojem su aminokiseline raspoređene. U prvom slučaju ona je malo slabija. Veza između C i G je jača. Nekomplementarni nukleotidi ne tvore parove jedan s drugim.
O strukturi
Dakle, struktura molekule DNK je posebna. Ima takav oblik s razlogom: činjenica je da je broj nukleotida vrlo velik i da je potrebno puno prostora za smještaj dugih lanaca. Iz tog razloga su lanci svojstveni spiralnom uvijanju. Taj se fenomen naziva spiralizacija, omogućuje skraćivanje niti za faktor pet ili šest.
Neke molekule takvog plana tijelo koristi vrlo aktivno, druge rijetko. Potonji su, osim spiralizacije, također podvrgnuti takvom "kompaktnom pakiranju" kao što je supernamotavanje. I tada se duljina molekule DNK smanjuje za 25-30 puta.
Što je "pakiranje" molekule?
Histonski proteini su uključeni u proces supersmotanja. Imaju strukturu i izgled kalema za konac ili šipke. Na njih su namotane spiralne niti koje se odmah "kompaktno zbijene" i zauzimaju malo mjesta. Kada postane potrebno koristiti jednu ili drugu nit, ona se odmota od svitka, na primjer, histonskog proteina, a spirala se odmota u dva paralelna lanca. Kada je molekula DNK u ovom stanju, iz nje se mogu očitati potrebni genetski podaci. Međutim, postoji jedan uvjet. Dobivanje informacija moguće je samo ako je struktura molekule DNK neuvijena. Kromosomi dostupni za čitanje nazivaju se euhromatini, a ako su superspiralizirani, onda su to već heterokromatini.
Nukleinske kiseline
Nukleinske kiseline, kao i proteini, su biopolimeri. Glavna funkcija je pohrana, provedba i prijenos nasljednih (genetskih informacija). Oni su dvije vrste: DNA i RNA (deoksiribonukleinska i ribonukleinska). Monomeri u njima su nukleotidi, od kojih svaki ima ostatak fosforne kiseline, šećer s pet ugljika (deoksiriboza/riboza) i dušičnu bazu. DNK kod uključuje 4 vrste nukleotida - adenin (A) / gvanin (G) / citozin (C) / timin (T). Razlikuju se po dušičnoj bazi koju sadrže.
U molekuli DNK broj nukleotida može biti ogroman – od nekoliko tisuća do desetaka i stotina milijuna. Takve divovske molekule mogu se promatrati kroz elektronski mikroskop. U ovom slučaju bit će moguće vidjeti dvostruki lanac polinukleotidnih lanaca, koji su međusobno povezani vodikovim vezama dušičnih baza nukleotida.
Istraživanje
Tijekom istraživanja znanstvenici su otkrili da su vrste molekula DNK u različitim živim organizmima različite. Također je utvrđeno da se gvanin jednog lanca može vezati samo na citozin, a timin na adenin. Raspored nukleotida jednog lanca striktno odgovara paralelnom. Zbog ove komplementarnosti polinukleotida, molekula DNA je sposobna za dupliciranje i samoreplikaciju. Ali prvo se komplementarni lanci, pod utjecajem posebnih enzima koji uništavaju uparene nukleotide, razilaze, a zatim u svakom od njih počinje sinteza lanca koji nedostaje. To je zbog slobodnih nukleotida dostupnih u velikim količinama u svakoj stanici. Kao rezultat, umjesto "roditeljske molekule" nastaju dvije "kćeri", identične po sastavu i strukturi, a DNK kod postaje izvorni. Ovaj proces je prethodnik stanične diobe. Osigurava prijenos svih nasljednih podataka s matičnih stanica na stanice kćeri, kao i na sve sljedeće generacije.
Kako se čita genski kod?
Danas se ne izračunava samo masa molekule DNK – moguće je saznati i složenije podatke koji do sada nisu bili dostupni znanstvenicima. Na primjer, možete pročitati informacije o tome kako tijelo koristi vlastitu stanicu. Naravno, isprva je ta informacija u kodiranom obliku i ima oblik određene matrice, te se stoga mora transportirati do posebnog nosača, a to je RNA. Ribonukleinska kiselina može prodrijeti u stanicu kroz nuklearnu membranu i pročitati kodirane informacije koje su već unutra. Dakle, RNA je nositelj skrivenih podataka od jezgre do stanice, a od DNK se razlikuje po tome što umjesto dezoksiriboze sadrži ribozu, a umjesto timina uracil. Osim toga, RNA je jednolančana.
sinteza RNA
Duboka analiza DNK pokazala je da nakon što RNA napusti jezgru, ona ulazi u citoplazmu, gdje se može integrirati kao šablona u ribosome (posebne enzimske sustave). Vođeni dobivenim informacijama, mogu sintetizirati odgovarajući slijed proteinskih aminokiselina. Ribosom uči iz trojnog koda koju vrstu organskog spoja treba vezati na proteinski lanac u nastajanju. Svaka aminokiselina ima svoj specifični triplet, koji je kodira.
Nakon što se dovrši formiranje lanca, on dobiva specifičan prostorni oblik i pretvara se u protein sposoban obavljati svoje hormonalne, građevne, enzimske i druge funkcije. Za svaki organizam, to je genski proizvod. Iz njega se određuju sve vrste kvaliteta, svojstava i manifestacija gena.
Geni
Prije svega, razvijeni su procesi sekvenciranja s ciljem dobivanja informacija o tome koliko gena ima struktura molekule DNA. I, iako su istraživanja omogućila znanstvenicima da daleko napreduju u ovom pitanju, još nije moguće znati njihov točan broj.
Prije nekoliko godina pretpostavljalo se da molekule DNK sadrže otprilike 100.000 gena. Nešto kasnije brojka se smanjila na 80.000, a 1998. godine genetičari su izjavili da je u jednoj DNK prisutno samo 50.000 gena, što je samo 3% ukupne duljine DNK. Ali bili su zapanjeni najnovijim zaključcima genetičara. Sada tvrde da genom sadrži 25-40 tisuća spomenutih jedinica. Ispada da je samo 1,5% kromosomske DNK odgovorno za kodiranje proteina.
Istraživanje se tu nije zaustavilo. Paralelni tim stručnjaka za genetski inženjering otkrio je da je broj gena u jednoj molekuli točno 32.000. Kao što vidite, još uvijek je nemoguće dobiti konačan odgovor. Previše proturječnosti. Svi se istraživači oslanjaju samo na svoje nalaze.
Je li došlo do evolucije?
Unatoč činjenici da nema dokaza o evoluciji molekule (budući da je struktura molekule DNK krhka i male veličine), znanstvenici su ipak napravili jednu pretpostavku. Na temelju laboratorijskih podataka iznijeli su verziju sljedećeg sadržaja: molekula u početnoj fazi svog pojavljivanja imala je oblik jednostavnog samoreplicirajućeg peptida, koji je uključivao do 32 aminokiseline sadržane u drevnim oceanima.
Nakon samoreplikacije, zbog sila prirodne selekcije, molekule imaju sposobnost da se zaštite od djelovanja vanjskih elemenata. Počeli su živjeti dulje i razmnožavati se u velikom broju. Molekule koje su se našle u lipidnom mjehuriću imale su svaku priliku da se reproduciraju. Kao rezultat niza uzastopnih ciklusa, lipidni mjehurići dobili su oblik staničnih membrana, a tek dalje - dobro poznate čestice. Treba napomenuti da je danas bilo koji dio molekule DNK složena i dobro funkcionirajuća struktura, čije sve značajke znanstvenici još nisu u potpunosti proučili.
Moderni svijet
Nedavno su znanstvenici iz Izraela razvili računalo koje može izvesti trilijune operacija u sekundi. Danas je to najbrži automobil na Zemlji. Cijela tajna leži u činjenici da inovativni uređaj funkcionira iz DNK. Profesori kažu da će u bliskoj budućnosti takva računala čak moći generirati energiju.
Stručnjaci s Weizmann instituta u Rehovotu (Izrael) prije godinu dana najavili su stvaranje programabilnog molekularnog računala, koje se sastoji od molekula i enzima. S njima su zamijenili silikonske mikročipove. Do danas je tim krenuo naprijed. Sada samo jedna molekula DNK može osigurati računalu potrebne podatke i osigurati potrebno gorivo.
Biokemijska „nanoračunala“ nisu fikcija, već postoje u prirodi i očituju se u svakom živom biću. Ali često ih ne kontroliraju ljudi. Osoba još ne može operirati genom bilo koje biljke kako bi izračunala, recimo, broj "Pi".
Ideja o korištenju DNK za pohranu/obradu podataka prvi put je pala na pamet znanstvenicima 1994. godine. Tada je molekula korištena za rješavanje jednostavnog matematičkog problema. Od tada su brojne istraživačke skupine predložile različite projekte vezane uz DNK računala. Ali ovdje su se svi pokušaji temeljili samo na molekuli energije. Takvo računalo ne možete vidjeti golim okom, izgleda kao prozirna otopina vode u epruveti. U njemu nema mehaničkih dijelova, već samo trilijuni biomolekularnih uređaja - i to samo u jednoj kapi tekućine!
Ljudski DNK
Kakva je to ljudska DNK, ljudi su postali svjesni 1953. godine, kada su znanstvenici prvi put mogli svijetu demonstrirati dvolančani model DNK. Za to su Kirk i Watson dobili Nobelovu nagradu, jer je ovo otkriće postalo temeljno u 20. stoljeću.
S vremenom su, naravno, dokazali da ne samo kao u predloženoj verziji može izgledati strukturirana ljudska molekula. Nakon detaljnije analize DNK, otkrili su A-, B- i ljevoruki oblik Z-. Oblik A- često je iznimka, jer nastaje samo ako postoji nedostatak vlage. Ali to je moguće samo u laboratorijskim studijama, za prirodno okruženje to je nenormalno, u živoj stanici takav se proces ne može dogoditi.
B-oblik je klasičan i poznat je kao dvostruki desnoruki lanac, ali Z-oblik nije samo uvrnut unatrag, ulijevo, već ima i više cik-cak izgled. Znanstvenici su također identificirali oblik G-kvadrupleksa. U svojoj strukturi, ne 2, već 4 niti. Prema genetičarima, ovaj oblik se javlja u onim područjima gdje postoji višak količine gvanina.
Umjetni DNK
Danas već postoji umjetna DNK, koja je identična kopija pravog; savršeno ponavlja strukturu prirodne dvostruke spirale. Ali, za razliku od izvornog polinukleotida, u umjetnom postoje samo dva dodatna nukleotida.
Budući da je sinkronizacija nastala na temelju informacija dobivenih tijekom raznih studija stvarne DNK, također se može kopirati, samoreplicirati i razvijati. Stručnjaci su na stvaranju takve umjetne molekule radili oko 20 godina. Rezultat je nevjerojatan izum koji može koristiti genetski kod na isti način kao i prirodni DNK.
Četiri postojeće dušične baze genetika je dodala još dvije, koje su nastale metodom kemijske modifikacije prirodnih baza. Za razliku od prirodne, umjetna DNK se pokazala prilično kratkom. Sadrži samo 81 par baza. Međutim, također se razmnožava i razvija.
Replikacija umjetno dobivene molekule odvija se zbog lančane reakcije polimeraze, no zasad se to ne događa samostalno, već uz intervenciju znanstvenika. Samostalno dodaju potrebne enzime spomenutoj DNK, stavljajući je u posebno pripremljeni tekući medij.
Konačni rezultat
Na proces i konačni ishod razvoja DNK mogu utjecati različiti čimbenici, poput mutacija. To uzrokuje obvezno proučavanje uzoraka tvari kako bi rezultat analiza bio pouzdan i pouzdan. Primjer je test očinstva. Ali ne može se ne radovati što su takvi incidenti kao što je mutacija rijetki. Ipak, uzorci tvari uvijek se ponovno provjeravaju kako bi se na temelju analize dobili točniji podaci.
biljni DNK
Zahvaljujući visokotehnološkom sekvenciranju (HTS) napravljena je revolucija u području genomike – moguća je i izolacija DNK iz biljaka. Naravno, dobivanje visokokvalitetne molekularne mase DNK iz biljnog materijala uzrokuje određene poteškoće zbog velikog broja kopija mitohondrija i kloroplasta DNK, kao i visoke razine polisaharida i fenolnih spojeva. U ovom slučaju se koriste različite metode za izolaciju strukture koju razmatramo.
Vodikova veza u DNK
Vodikova veza u molekuli DNA odgovorna je za elektromagnetsko privlačenje stvoreno između pozitivno nabijenog atoma vodika, koji je vezan za elektronegativni atom. Ova dipolna interakcija ne potpada pod kriterij kemijske veze. Ali može se realizirati intermolekularno ili u različitim dijelovima molekule, odnosno intramolekularno.
Atom vodika je vezan za elektronegativni atom koji je donor ove veze. Elektronegativni atom može biti dušik, fluor, kisik. Ona – decentralizacijom – privlači oblak elektrona iz jezgre vodika na sebe i čini atom vodika nabijenim (djelomično) pozitivno. Budući da je veličina H-a mala u usporedbi s drugim molekulama i atomima, naboj je također mali.
Dešifriranje DNK
Prije dešifriranja molekule DNK, znanstvenici prvo uzmu ogroman broj stanica. Za najtočniji i uspješniji rad potrebno ih je oko milijun. Rezultati dobiveni tijekom istraživanja stalno se uspoređuju i bilježe. Danas sekvencioniranje genoma više nije rijetkost, već pristupačna procedura.
Naravno, dešifriranje genoma jedne stanice je neprikladna vježba. Podaci dobiveni tijekom takvih studija ne zanimaju znanstvenike. No, važno je razumjeti da sve trenutno postojeće metode dekodiranja, unatoč njihovoj složenosti, nisu dovoljno učinkovite. Oni će vam omogućiti da pročitate samo 40-70% DNK.
Međutim, profesori s Harvarda nedavno su najavili metodu kojom se može dekodirati 90% genoma. Tehnika se temelji na dodavanju početnih molekula izoliranim stanicama, uz pomoć kojih počinje replikacija DNA. Ali čak se i ova metoda ne može smatrati uspješnom; još ju je potrebno doraditi prije nego što se otvoreno koristi u znanosti.
Molekula DNA je polinukleotid čije su monomerne jedinice četiri deoksiribonukleotida (dAMP, dGMP, dCMP i dTMP). Omjer i nukleotidi u DNK različitih organizama su različiti. Osim glavnih dušičnih baza, DNK sadrži i druge deoksiribonukleotide s manjim bazama: 5-metilcitozin, 5-hidroksimetilcitozin, 6-metilaminopurin.
Nakon što je postalo moguće koristiti metodu rendgenske kristalografije za proučavanje bioloških makromolekula i dobivanje savršenih rendgenskih uzoraka, bilo je moguće razjasniti molekularnu strukturu DNA. Ova se metoda temelji na činjenici da snop paralelnih rendgenskih zraka koji upada na kristalni skup atoma tvori difrakcijski uzorak, koji uglavnom ovisi o atomskoj masi tih atoma, njihovom položaju u prostoru. 40-ih godina prošlog stoljeća iznesena je teorija o trodimenzionalnoj strukturi molekule DNK. W. Astbury je dokazao da je to hrpa ravnih nukleotida postavljenih jedan na drugi.
Primarna struktura molekule DNK
Primarna struktura nukleinskih kiselina odnosi se na slijed nukleotida u polinukleotidnom lancu DNA. Nukleotidi su međusobno povezani fosfodiesterskim vezama, koje nastaju između OH skupine na položaju 5 deoksiriboze jednog nukleotida i OH skupine na položaju 3 pentoze drugog.
Biološka svojstva nukleinskih kiselina određena su kvalitativnim omjerom i slijedom nukleotida duž polinukleotidnog lanca.
Nukleotidni sastav DNA u različitim organizmima je specifičan i određen je omjerom (G + C) / (A + T). Korištenjem koeficijenta specifičnosti određen je stupanj heterogenosti nukleotidnog sastava DNA u organizmima različitog podrijetla. Dakle, kod viših biljaka i životinja omjer (G + C) / (A + T) lagano varira i ima vrijednost veću od 1. Za mikroorganizme koeficijent specifičnosti varira u širokom rasponu - od 0,35 do 2,70. Istovremeno, određena biološka vrsta sadrži DNK istog nukleotidnog sastava, tj. može se reći da je DNK jedne vrste identična u smislu sadržaja parova GC baza.
Određivanje heterogenosti nukleotidnog sastava DNA koeficijentom specifičnosti još ne daje informacije o njezinim biološkim svojstvima. Potonje je posljedica različitog slijeda pojedinačnih nukleotidnih mjesta u polinukleotidnom lancu. To znači da su genetske informacije u molekulama DNK kodirane u specifičnom slijedu njegovih monomernih jedinica.
Molekula DNA sadrži nukleotidne sekvence dizajnirane za pokretanje i završetak procesa sinteze RNA (transkripcije), (translacije). Postoje nukleotidne sekvence koje služe za vezanje specifičnih aktivirajućih i inhibitornih regulatornih molekula, kao i nukleotidne sekvence koje ne nose nikakve genetske informacije. Postoje i modificirane regije koje štite molekulu od djelovanja nukleaza.
Problem nukleotidnog slijeda DNK još nije u potpunosti riješen. Određivanje nukleotidnog slijeda nukleinskih kiselina je naporan postupak koji uključuje korištenje metode specifičnog nukleaznog cijepanja molekula u zasebne fragmente. Do danas je za većinu tRNA različitog podrijetla utvrđen kompletan nukleotidni slijed dušičnih baza.
Molekula DNK: sekundarna struktura
Watson i Crick dizajnirali su model dvostruke zavojnice. Prema ovom modelu, dva polinukleotidna lanca omotaju se jedan oko drugog, tvoreći tako svojevrsnu spiralu.
Dušične baze u njima nalaze se unutar strukture, a fosfodiesterska okosnica je izvana.
Molekula DNK: tercijarna struktura
Linearna DNK u stanici ima oblik izdužene molekule, upakirana je u kompaktnu strukturu i zauzima samo 1/5 volumena stanice. Primjerice, duljina DNK ljudskog kromosoma doseže 8 cm, a pakirana je tako da stane u kromosom duljine 5 nm. Takvo je oblikovanje moguće zbog prisutnosti spiraliziranih struktura DNK. Iz toga proizlazi da se dvolančana spirala DNK u svemiru može dalje presavijati u određenu tercijarnu strukturu – superhelix. Konformacija superzavojnice DNK karakteristična je za kromosome viših organizama. Takvu tercijarnu strukturu stabiliziraju ostaci aminokiselina koji čine one proteine koji tvore nukleoproteinski kompleks (kromatin). Posljedično, DNK je povezana uglavnom s bazičnim proteinima - histonima, kao i s kiselim proteinima i fosfoproteinima.
Watson i vrisak pokazao da DNK sastoji se od dva polinukleotidna lanca. Svaki lanac je uvijen u spiralu udesno, a oba su upletena zajedno, odnosno uvijena udesno oko iste osi, tvoreći dvostruku spiralu.
Lanci su antiparalelni, odnosno usmjereni su u suprotnim smjerovima. Svaki lanac DNK sastoji se od šećerno-fosfatne okosnice, duž koje su baze smještene okomito na dugu os dvostruke spirale; suprotne baze dvaju suprotnih lanaca dvostruke zavojnice povezane su vodikovim vezama.
šećerno-fosfatne okosnice dva niti dvostruka spirala jasno su vidljivi na prostornom modelu DNK. Udaljenost između šećerno-fosfatnih okosnica dvaju lanaca je konstantna i jednaka je udaljenosti koju zauzima par baza, odnosno jedan purin i jedan pirimidin. Dva purina bi zauzela previše prostora, a dva pirimidina premalo prostora da popune praznine između dva lanca.
Duž osi molekule, susjedni parovi baza nalaze se na udaljenosti od 0,34 nm jedan od drugog, što objašnjava periodičnost pronađenu u rendgenskim uzorcima. Potpuni okret spirale pada na 3,4 nm, tj. 10 parova baza. Nema ograničenja za slijed nukleotida u jednom lancu, ali zbog pravila sparivanja baza, ovaj slijed u jednom lancu određuje slijed nukleotida u drugom lancu. Stoga kažemo da su dvije niti dvostruke spirale međusobno komplementarne.
Watson i vrisak objavio poruku o vaš DNK model u časopisu "" 1953., a 1962. zajedno s Mauriceom Wilkinsom za ovo djelo nagrađeni su Nobelovom nagradom. Iste godine Kendrew i Perutz dobili su Nobelovu nagradu za svoj rad na određivanju trodimenzionalne strukture proteina, također izveden rendgenskom difrakcijskom analizom. Rosalind Franklin, koja je umrla od raka prije dodjele ovih nagrada, nije uvrštena na popis laureata, budući da se Nobelova nagrada ne dodjeljuje posthumno.
Kako bi se predložena struktura prepoznala kao genetski materijal, bilo je potrebno pokazati da je sposobna: 1) nositi kodirane informacije i 2) biti točno reproducirana (replicirana). Watson i Crick bili su svjesni da njihov model zadovoljava te zahtjeve. Na kraju svog prvog članka suzdržano su primijetili: "Našoj pozornosti nije promaknulo da nam specifično uparivanje baza koje smo pretpostavili odmah omogućuje da pretpostavimo mogući mehanizam kopiranja za genetski materijal."
U drugom članku, objavljenom iste 1953., raspravljali su o implikacijama svog modela u genetskom smislu. Ovo otkriće pokazalo je kako eksplicitna struktura može se povezati s funkcijom već na molekularnoj razini, dalo je snažan poticaj razvoju molekularne biologije.
MOSKVA, 25. travnja - RIA Novosti, Tatjana Pičugina. Prije točno 65 godina britanski znanstvenici James Watson i Francis Crick objavili su članak o dešifriranju strukture DNK, postavljajući temelje nove znanosti – molekularne biologije. Ovo otkriće mnogo je promijenilo u životu čovječanstva. RIA Novosti govore o svojstvima molekule DNK i zašto je to toliko važno.
U drugoj polovici 19. stoljeća biologija je bila vrlo mlada znanost. Znanstvenici su tek počeli proučavati stanicu, a koncept nasljeđa, iako ga je već formulirao Gregor Mendel, nije bio široko prihvaćen.
U proljeće 1868. mladi švicarski liječnik Friedrich Miescher stigao je na Sveučilište u Tübingenu (Njemačka) radi znanstvenog rada. Namjeravao je saznati od kojih se tvari sastoji stanica. Za pokuse sam odabrao leukocite, koje je lako dobiti iz gnoja.
Odvajajući jezgru od protoplazme, proteina i masti, Misher je otkrio spoj s visokim udjelom fosfora. Ovu molekulu nazvao je nuklein ("nukleus" na latinskom - jezgra).
Ovaj spoj je pokazao kisela svojstva, stoga je skovan izraz "nukleinska kiselina". Njegov prefiks "deoksiribo" znači da molekula sadrži H-skupine i šećere. Tada se pokazalo da se zapravo radi o soli, ali naziv nije promijenjen.
Početkom 20. stoljeća znanstvenici su već znali da je nuklein polimer (tj. vrlo duga, fleksibilna molekula ponavljajućih jedinica), jedinice se sastoje od četiri dušične baze (adenin, timin, guanin i citozin), a nuklein je sadržan u kromosomima – kompaktnim strukturama koje se javljaju u stanicama koje se dijele. Njihovu sposobnost prenošenja nasljednih osobina pokazao je američki genetičar Thomas Morgan u pokusima na drozofili.
Model koji je objasnio gene
Ali što deoksiribonukleinska kiselina, skraćeno DNK, radi u jezgri stanice, dugo se nije razumjelo. Vjerovalo se da igra neku strukturnu ulogu u kromosomima. Jedinice nasljeđa - geni - pripisivane su prirodi proteina. Proboj je napravio američki istraživač Oswald Avery, koji je eksperimentalno dokazao da se genetski materijal prenosi s bakterije na bakteriju putem DNK.
Postalo je jasno da DNK treba proučiti. Ali kako? U to vrijeme znanstvenicima su bile dostupne samo X-zrake. Da bi zasjale kroz biološke molekule, morale su biti kristalizirane, što je teško. Dešifriranje strukture proteinskih molekula iz rendgenskih uzoraka provedeno je u Cavendish Laboratory (Cambridge, UK). Mladi istraživači koji su tamo radili, James Watson i Francis Crick, nisu imali svoje eksperimentalne podatke o DNK, pa su koristili rendgenske snimke kolega s King's Collegea Mauricea Wilkinsa i Rosalind Franklin.
Watson i Crick predložili su model strukture DNK koji točno odgovara uzorcima X-zraka: dva paralelna lanca su uvijena u desnu spiralu. Svaki lanac sastoji se od proizvoljnog skupa dušičnih baza nanizanih na okosnicu njihovih šećera i fosfata, a zajedno drže vodikove veze razvučene između baza. Štoviše, adenin se kombinira samo s timinom, a gvanin s citozinom. Ovo pravilo se naziva načelo komplementarnosti.
Model Watsona i Cricka objasnio je četiri glavne funkcije DNK: replikaciju genetskog materijala, njegovu specifičnost, pohranu informacija u molekuli i njezinu sposobnost mutiranja.
Znanstvenici su svoje otkriće objavili u časopisu Nature 25. travnja 1953. godine. Deset godina kasnije, zajedno s Mauriceom Wilkinsom, dobili su Nobelovu nagradu za biologiju (Rosalind Franklin umrla je 1958. od raka u dobi od 37 godina).
"Sada, više od pola stoljeća kasnije, može se reći da je otkriće strukture DNK igralo istu ulogu u razvoju biologije kao i otkriće atomske jezgre u fizici. Razjašnjenje strukture atoma dovelo je do rođenje nove, kvantne fizike i otkriće strukture DNK doveli su do rođenja nove, molekularne biologije”, piše Maxim Frank-Kamenetsky, izvanredni genetičar, istraživač DNK, autor knjige “Najvažniji Molekula".
Genetski kod
Sada je preostalo otkriti kako ova molekula radi. Poznato je da DNK sadrži upute za sintezu staničnih proteina koji obavljaju sav posao u stanici. Proteini su polimeri sastavljeni od ponavljajućih nizova aminokiselina. Štoviše, postoji samo dvadeset aminokiselina. Životinjske vrste se međusobno razlikuju po skupu proteina u stanicama, odnosno po različitim slijedovima aminokiselina. Genetika je tvrdila da su te sekvence postavljene genima, koji, kako se tada vjerovalo, služe kao prvi gradivni blokovi života. Ali što su geni, nitko zapravo nije znao.
Jasnoću je uveo autor teorije Velikog praska, fizičar Georgy Gamov, zaposlenik Sveučilišta George Washington (SAD). Na temelju Watsonovog i Crickovog modela dvolančane spirale DNK sugerirao je da je gen dio DNK, odnosno određeni slijed veza – nukleotida. Budući da je svaki nukleotid jedna od četiri dušične baze, samo je pitanje saznanja kako četiri elementa kodiraju dvadeset. To je bila ideja iza genetskog koda.
Do ranih 1960-ih ustanovljeno je da se proteini sintetiziraju iz aminokiselina u ribosomima - svojevrsnoj "tvornici" unutar stanice. Da bi započeo sintezu proteina, enzim se približava DNK, prepoznaje određeno područje na početku gena, sintetizira kopiju gena u obliku male RNA (naziva se matriks), zatim se iz aminokiselina uzgaja protein. ribosoma.
Također su otkrili da je genetski kod troslovni. To znači da tri nukleotida odgovaraju jednoj aminokiselini. Jedinica koda naziva se kodon. U ribosomu se informacija iz mRNA čita kodon po kodon, uzastopno. I svaki od njih odgovara nekoliko aminokiselina. Kako izgleda šifra?
Na ovo pitanje odgovorili su Marshall Nirenberg i Heinrich Mattei iz SAD-a. Godine 1961. prvi su put izvijestili o svojim rezultatima na biokemijskom kongresu u Moskvi. Do 1967. genetski kod je bio potpuno dešifriran. Pokazalo se da je univerzalan za sve stanice svih organizama, što je imalo dalekosežne posljedice za znanost.
Otkriće strukture DNK i genetskog koda potpuno je preorijentiralo biološka istraživanja. Činjenica da svaki pojedinac ima jedinstvenu sekvencu DNK dramatično je promijenila forenzičku znanost. Dešifriranje ljudskog genoma dalo je antropolozima potpuno novi način proučavanja evolucije naše vrste. Nedavno izumljeni CRISPR-Cas DNK editor uvelike je unaprijedio genetski inženjering. Očigledno, ova molekula također pohranjuje rješenje za najhitnije probleme čovječanstva: rak, genetske bolesti, starenje.
Molekularna genetika – grana genetike koja se bavi proučavanjem naslijeđa na molekularnoj razini.
Nukleinske kiseline. DNK replikacija. Reakcije sinteze matrice
Nukleinske kiseline (DNA, RNA) otkrio je 1868. švicarski biokemičar I.F. Misher. Nukleinske kiseline su linearni biopolimeri koji se sastoje od monomera – nukleotida.
DNK - struktura i funkcije
Kemijsku strukturu DNK dešifrirali su 1953. američki biokemičar J. Watson i engleski fizičar F. Crick.
Opća struktura DNK. Molekula DNK sastoji se od 2 lanca koji su uvijeni u spiralu (slika 11), jedan oko drugog i oko zajedničke osi. Molekule DNK mogu sadržavati od 200 do 2x10 8 parova baza. Duž spirale molekule DNA susjedni nukleotidi nalaze se na udaljenosti od 0,34 nm jedan od drugog. Potpuni okret spirale uključuje 10 parova baza. Duljina mu je 3,4 nm.
Riža. 11 . Dijagram strukture DNK (dvostruki helix)
Polimerizam molekule DNK. Molekula DNK – bioploimer – sastoji se od složenih spojeva – nukleotida.
Struktura nukleotida DNK. Nukleotid DNK sastoji se od 3 karike: jedne od dušičnih baza (adenin, gvanin, citozin, timin); deoksisiriboza (monosaharid); ostatak fosforne kiseline (slika 12).
Postoje 2 grupe dušičnih baza:
purin - adenin (A), gvanin (G), koji sadrži dva benzenska prstena;
pirimidin - timin (T), citozin (C), koji sadrži jedan benzenski prsten.
DNK se sastoji od sljedećih vrsta nukleotida: adenin (A); gvanin (G); citozin (C); timin (T). Nazivi nukleotida odgovaraju nazivima dušičnih baza koje čine njihov sastav: adenin nukleotid dušična baza adenin; gvanin nukleotid dušična baza gvanin; citozin nukleotid dušična baza citozin; timin nukleotid dušična baza timin.
Spajanje dva lanca DNK u jednu molekulu
Nukleotidi A, G, C i T jednog lanca povezani su s nukleotidima T, C, G i A drugog lanca vodikove veze. Između A i T nastaju dvije vodikove veze, a između G i C tri vodikove veze (A=T, G≡C).
Parovi baza (nukleotidi) A - T i G - C nazivaju se komplementarni, odnosno međusobno odgovarajući. komplementarnost- ovo je kemijska i morfološka korespondencija nukleotida međusobno u parnim lancima DNA.
5 ’ 3 ’
1 2 3
3’ 5’
Riža. 12 Presjek dvostruke spirale DNK. Struktura nukleotida (1 - ostatak fosforne kiseline; 2 - deoksiriboza; 3 - dušična baza). Povezivanje nukleotida pomoću vodikovih veza.
Lanci u molekuli DNK antiparalelno, tj. usmjerena u suprotnim smjerovima, tako da je 3' kraj jedne niti nasuprot 5' kraja druge niti. Genetske informacije u DNK su zapisane od kraja 5' do kraja 3'. Ovaj lanac se zove osjetilna DNK,
jer tu su geni. Druga nit - 3'–5' služi kao standard za pohranjivanje genetskih informacija.
Omjer između broja različitih baza u DNK ustanovio je E. Chargaff 1949. Chargaff je otkrio da je u DNK raznih vrsta količina adenina jednaka količini timina, a količina gvanina jednaka količini citozin.
E. Chargaffovo pravilo:
u molekuli DNA broj A (adenin) nukleotida uvijek je jednak broju T (timin) nukleotida ili omjeru ∑ A prema ∑ T=1. Zbroj G (guanin) nukleotida jednak je zbroju C (citozin) nukleotida ili omjeru ∑ G prema ∑ C=1;
zbroj purinskih baza (A + G) jednak je zbroju pirimidinskih baza (T + C) ili omjeru ∑ (A + G) prema ∑ (T + C) \u003d 1;
Metoda sinteze DNK – replikacija. Replikacija je proces samo-udvostručavanja molekule DNA, koji se provodi u jezgri pod kontrolom enzima. Dolazi do samodupliranja molekule DNK na temelju komplementarnosti- stroga korespondencija nukleotida međusobno u parnim lancima DNK. Na početku procesa replikacije molekula DNA se odmotava (despiralizira) na određenom području (slika 13.), dok se vodikove veze oslobađaju. Na svakom od lanaca nastalih nakon pucanja vodikovih veza, uz sudjelovanje enzima DNA polimeraza, sintetizira se kći lanac DNK. Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi sadržani u citoplazmi stanica. Ovi nukleotidi se poredaju komplementarno nukleotidima dvaju roditeljskih lanaca DNK. Enzim DNA polimeraze veže komplementarne nukleotide na lanac DNK šablona. Na primjer, za nukleotid ALIšablonska lančana polimeraza dodaje nukleotid T i, prema tome, na G nukleotid, nukleotid C (slika 14). Umrežavanje komplementarnih nukleotida događa se uz pomoć enzima DNA ligaze. Dakle, dva lanca kćeri DNK se sintetiziraju samoduplikacijom.
Rezultirajuće dvije molekule DNK iz jedne molekule DNA su polukonzervativni model, budući da se sastoje od starog roditeljskog i novog lanca kćeri i točna su kopija roditeljske molekule (slika 14). Biološko značenje replikacije leži u točnom prijenosu nasljedne informacije s roditeljske molekule na dijete.
Riža. 13 . Despiralizacija molekule DNK enzimom
1
Riža. 14 . Replikacija – stvaranje dviju molekula DNK iz jedne molekule DNK: 1 – kćerka molekula DNK; 2 - majčinska (roditeljska) molekula DNK.
Enzim DNA polimeraze može se kretati samo duž lanca DNA u smjeru 3' –> 5'. Budući da su komplementarni lanci u molekuli DNA usmjereni u suprotnim smjerovima, a enzim DNA polimeraze može se kretati duž lanca DNA samo u smjeru 3'->5', sinteza novih lanaca teče antiparalelno ( prema principu antiparalelizma).
Položaj DNK. DNK se nalazi u staničnoj jezgri, u matriksu mitohondrija i kloroplasta.
Količina DNK u stanici je konstantna i iznosi 6,6x10 -12 g.
Funkcije DNK:
Pohranjivanje i prijenos u nizu generacija genetskih informacija na molekule i - RNA;
Strukturni. DNK je strukturna osnova kromosoma (kromosom je 40% DNK).
Specifičnost DNK vrste. Nukleotidni sastav DNK služi kao kriterij vrste.
RNA, struktura i funkcije.
Opća struktura.
RNA je linearni biopolimer koji se sastoji od jednog polinukleotidnog lanca. Razlikovati primarne i sekundarne strukture RNK. Primarna struktura RNA je jednolančana molekula, dok je sekundarna struktura križnog oblika i karakteristična je za t-RNA.
Polimerizam molekule RNK. Molekula RNA može imati od 70 nukleotida do 30 000 nukleotida. Nukleotidi koji čine RNA su sljedeći: adenil (A), guanil (G), citidil (C), uracil (U). U sastavu RNK nukleotid timina zamijenjen je uracilom (U).
Struktura RNA nukleotida.
RNA nukleotid uključuje 3 veze:
dušične baze (adenin, gvanin, citozin, uracil);
monosaharid - riboza (u ribozi postoji kisik na svakom atomu ugljika);
ostatak fosforne kiseline.
Metoda sinteze RNA - transkripcija. Transkripcija je, kao i replikacija, reakcija sinteze šablona. Matrica je molekula DNK. Reakcija se odvija prema principu komplementarnosti na jednom od lanaca DNA (slika 15.). Proces transkripcije počinje despiralizacijom molekule DNA na određenom mjestu. Transkribirani DNK lanac ima promotor - skupina nukleotida DNA od kojih počinje sinteza molekule RNK. Enzim se veže za promotor RNA polimeraza. Enzim aktivira proces transkripcije. Prema principu komplementarnosti, nukleotidi koji dolaze iz citoplazme stanice u transkribirani DNA lanac su dovršeni. RNA polimeraza aktivira poravnavanje nukleotida u jednom lancu i stvaranje RNA molekule.
U procesu transkripcije postoje četiri stupnja: 1) vezanje RNA polimeraze na promotor; 2) početak sinteze (inicijacije); 3) elongacija - rast RNA lanca, tj. dolazi do uzastopnog vezivanja nukleotida jedan za drugi; 4) terminacija – završetak sinteze mRNA.
Riža. 15 . Shema transkripcije
1 - molekula DNA (dvolančani); 2 – molekula RNK; 3-kodoni; 4- promotor.
Godine 1972. američki znanstvenici - virolog H.M. Temin i molekularni biolog D. Baltimore otkrili su obrnutu transkripciju na virusima u tumorskim stanicama. reverzna transkripcija prepisivanje genetskih informacija iz RNK u DNK. Proces se provodi uz pomoć enzima. reverzna transkriptaza.
Vrste RNA prema funkciji
Glasnička ili glasnička RNA (i-RNA ili mRNA) prenosi genetske informacije od molekule DNA do mjesta sinteze proteina – ribosoma. Sintetizira se u jezgri uz sudjelovanje enzima RNA polimeraze. Čini 5% svih vrsta stanične RNA. mRNA uključuje od 300 nukleotida do 30 000 nukleotida (najduži lanac među RNA).
Transfer RNA (t-RNA) prenosi aminokiseline do mjesta sinteze proteina, ribosoma. Ima oblik križa (slika 16) i sastoji se od 70 - 85 nukleotida. Njegova količina u stanici je 10-15% stanične RNA.
Riža. 16. Shema strukture t-RNA: A-D - parovi nukleotida spojeni vodikovim vezama; E - mjesto vezanja aminokiseline (akceptorsko mjesto); E - antikodon.
3. Ribosomalna RNA (r-RNA) sintetizira se u nukleolu i dio je ribosoma. Uključuje oko 3000 nukleotida. Čini 85% RNA stanice. Ova vrsta RNA nalazi se u jezgri, u ribosomima, na endoplazmatskom retikulumu, u kromosomima, u mitohondrijskom matriksu, a također i u plastidima.
Osnove citologije. Rješenje tipičnih zadataka
Zadatak 1
Koliko nukleotida timina i adenina sadrži DNK ako se u njoj nalazi 50 nukleotida citozina, što je 10% svih nukleotida.
Riješenje. Prema pravilu komplementarnosti u dvostrukom lancu DNK, citozin je uvijek komplementaran gvaninu. 50 citozinskih nukleotida čini 10%, dakle, prema Chargaffovom pravilu, 50 nukleotida gvanina također čini 10% ili (ako je ∑C = 10%, onda je ∑G = 10%).
Zbroj para nukleotida C + G je 20%
Zbroj para nukleotida T + A \u003d 100% - 20% (C + G) \u003d 80%
Da biste saznali koliko nukleotida timina i adenina ima u DNK, morate napraviti sljedeći omjer:
50 nukleotida citozina → 10%
X (T + A) → 80%
X = 50x80: 10 \u003d 400 komada
Prema Chargaffovom pravilu, ∑A= ∑T, dakle ∑A=200 i ∑T=200.
Odgovor: broj timina, kao i adenin nukleotida u DNK, je 200.
Zadatak 2
Nukleotidi timina u DNK čine 18% ukupnog broja nukleotida. Odredite postotak drugih vrsta nukleotida sadržanih u DNK.
Riješenje.∑T=18%. Prema Chargaffovom pravilu, ∑T=∑A, dakle, adenin nukleotidi također čine 18% (∑A=18%).
Zbroj osnovnog para T + A je 36% (18% + 18% = 36%). Za par nukleotida Gi C čini: G + C \u003d 100% -36% \u003d 64%. Budući da je gvanin uvijek komplementaran citozinu, njihov sadržaj u DNK bit će jednak,
tj. ∑ G= ∑C=32%.
Odgovor: sadržaj gvanina, poput citozina, je 32%.
Zadatak 3
20 nukleotida citozinske DNA čini 10% ukupnog broja nukleotida. Koliko nukleotida adenina ima u molekuli DNK?
Riješenje. U dvostrukom lancu DNK količina citozina jednaka je količini gvanina, pa je njihov zbroj: C+G=40 nukleotida. Pronađite ukupan broj nukleotida:
20 nukleotida citozina → 10%
X (ukupni broj nukleotida) → 100%
X=20x100:10=200 komada
A + T \u003d 200 - 40 \u003d 160 komada
Budući da je adenin komplementaran timinu, njihov sadržaj će biti jednak,
tj. 160 komada: 2=80 komada, ili ∑A=∑T=80.
Odgovor: Postoji 80 adenin nukleotida u molekuli DNK.
Zadatak 4
Dodajte nukleotide desnog lanca DNK ako su poznati nukleotidi njegovog lijevog lanca: AGA - TAT - GTG - TCT
Riješenje. Izgradnja desnog DNK lanca prema zadanom lijevom lancu provodi se prema principu komplementarnosti – strogoj korespondenciji nukleotida međusobno: adenon – timin (A-T), gvanin – citozin (G-C). Stoga bi nukleotidi desnog lanca DNK trebali biti sljedeći: TCT - ATA - CAC - AGA.
Odgovor: nukleotidi desnog DNK lanca: TCT - ATA - CAC - AGA.
Zadatak 5
Zapišite transkripciju ako transkribirani DNA lanac ima sljedeći redoslijed nukleotida: AGA - TAT - THT - TCT.
Riješenje. Molekula i-RNA sintetizira se prema principu komplementarnosti na jednom od lanaca molekule DNA. Znamo redoslijed nukleotida u transkribiranoj DNK lancu. Stoga je potrebno izgraditi komplementarni lanac mRNA. Treba imati na umu da umjesto timina, molekula RNA uključuje uracil. posljedično:
DNK lanac: AGA - TAT - TGT - TCT
i-RNA lanac: UCU - AUA - ACA - AGA.
Odgovor: i-RNA nukleotidni slijed je sljedeći: UCU - AUA - ACA -AGA.
Zadatak 6
Zapišite obrnutu transkripciju, tj. izgradite fragment dvolančane molekule DNA prema predloženom fragmentu mRNA, ako lanac mRNA ima sljedeći nukleotidni slijed:
GCG – ACA – UUU – UCG – CSU – ASU – AGA
Riješenje. Reverzna transkripcija je sinteza molekule DNK na temelju genetskog koda mRNA. I-RNA koja kodira molekulu DNA ima sljedeći redoslijed nukleotida: GCG - ACA - UUU - UCG - CGU - AGU - AGA. DNK lanac komplementaran tome: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT. Drugi lanac DNK: GCH-ACA-TTT-TCG-CGT-AGT-AGA.
Odgovor: kao rezultat reverzne transkripcije sintetizirana su dva lanca molekule DNA: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA i GCH - ACA - TTT - TCH - CHT - AGT - AGA.
Genetski kod. biosinteza proteina.
Gen- dio molekule DNA koji sadrži genetske informacije o primarnoj strukturi jednog specifičnog proteina.
Ekson-intron struktura genaeukariota
promotor- dio DNK (dug do 100 nukleotida) za koji se veže enzim RNA polimeraza potrebno za transkripciju;
2) regulacijsko područje– zona koja utječe na aktivnost gena;
3) strukturni dio gena- genetske informacije o primarnoj strukturi proteina.
Slijed nukleotida DNK koji nosi genetske informacije o primarnoj strukturi proteina - egzon. Oni su također dio mRNA. Slijed nukleotida DNA koji ne nosi genetske informacije o primarnoj strukturi proteina – intron. Oni nisu dio mRNA. Tijekom transkripcije, uz pomoć posebnih enzima, iz mRNA se izrezuju kopije introna i spajaju kopije egzona tijekom stvaranja molekule mRNA (slika 20.). Ovaj proces se zove spajanje.
Riža. 20 . Shema spajanja (formiranje zrele mRNA u eukariota)
genetski kod - sustav nukleotidnih sekvenci u molekuli DNA, ili mRNA, koji odgovara slijedu aminokiselina u polipeptidnom lancu.
Svojstva genetskog koda:
Trojstvo(ACA – GTG – GCG…)
Genetski kod je trojka, budući da je svaka od 20 aminokiselina kodirana slijedom od tri nukleotida ( trojka, kodon).
Postoje 64 vrste nukleotidnih trojki (4 3 = 64).
Nedvosmislenost (specifičnost)
Genetski kod je nedvosmislen jer svaki pojedinačni triplet nukleotida (kodon) kodira samo jednu aminokiselinu, ili jedan kodon uvijek odgovara jednoj aminokiselini (tablica 3).
Višestrukost (redundantnost ili degeneracija)
Ista aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta (od 2 do 6), budući da postoji 20 aminokiselina koje tvore protein, a 64 tripleta.
Kontinuitet
Čitanje genetskih informacija događa se u jednom smjeru, s lijeva na desno. Ako jedan nukleotid ispadne, tada će pri čitanju njegovo mjesto zauzeti najbliži nukleotid iz susjednog tripleta, što će dovesti do promjene genetske informacije.
Svestranost
Genetski kod je karakterističan za sve žive organizme, a isti trojci kodiraju za istu aminokiselinu u svim živim organizmima.
Ima početne i krajnje trojke(početna trojka - AUG, terminalna trojka UAA, UGA, UAG). Ove vrste trojki ne kodiraju aminokiseline.
Nepreklapanje (diskretnost)
Genetski kod se ne preklapa, budući da isti nukleotid ne može istovremeno biti dio dva susjedna tripleta. Nukleotidi mogu pripadati samo jednom tripletu, a ako se preurede u drugi triplet, tada će se promijeniti genetska informacija.
Tablica 3 - Tablica genetskog koda
|
Kodonske baze |
|||||
Napomena: Skraćeni nazivi aminokiselina dati su u skladu s međunarodnom terminologijom.
Biosinteza proteina
Biosinteza proteina - vrsta plastične zamjene tvari u stanici, koje se javljaju u živim organizmima pod djelovanjem enzima. Biosintezi proteina prethode reakcije sinteze matriksa (replikacija - sinteza DNA; transkripcija - sinteza RNA; translacija - sklapanje proteinskih molekula na ribosomima). U procesu biosinteze proteina razlikuju se 2 stupnja:
transkripcija
emitirati
Tijekom transkripcije, genetska informacija sadržana u DNK koja se nalazi u kromosomima jezgre prenosi se na RNA molekulu. Po završetku procesa transkripcije, mRNA ulazi u citoplazmu stanice kroz pore u nuklearnoj membrani, nalazi se između 2 podjedinice ribosoma i sudjeluje u biosintezi proteina.
Prevođenje je proces prevođenja genetskog koda u slijed aminokiselina. Translacija se provodi u citoplazmi stanice na ribosomima, koji se nalaze na površini EPS-a (endoplazmatski retikulum). Ribosomi su sferne granule prosječnog promjera 20 nm, koje se sastoje od velikih i malih podjedinica. Molekula mRNA nalazi se između dvije podjedinice ribosoma. U procesu translacije sudjeluju aminokiseline, ATP, i-RNA, t-RNA, enzim amino-acil t-RNA sintetaza.
kodon- dio molekule DNA, ili i-RNA, koji se sastoji od tri uzastopna nukleotida, koji kodiraju jednu aminokiselinu.
Antikodon- dio molekule t-RNA, koji se sastoji od tri uzastopna nukleotida i komplementaran je kodonu molekule m-RNA. Kodoni su komplementarni odgovarajućim antikodonima i povezani su s njima vodikovim vezama (slika 21).
Sinteza proteina počinje s početni kodon AUG. Od njega ribosom
kreće se duž molekule RNA, triplet po triplet. Aminokiseline dolaze iz genetskog koda. Njihova integracija u polipeptidni lanac na ribosomu događa se uz pomoć t-RNA. Primarna struktura tRNA (lanac) prelazi u sekundarnu strukturu, koja po obliku podsjeća na križ, a pritom se u njoj čuva komplementarnost nukleotida. U donjem dijelu t-RNA nalazi se akceptorsko mjesto na koje je vezana aminokiselina (slika 16.). Aktivacija aminokiselina provodi se uz pomoć enzima aminoacil tRNA sintetaza. Bit ovog procesa je da ovaj enzim stupa u interakciju s aminokiselinama i s ATP-om. U tom slučaju nastaje trostruki kompleks, predstavljen ovim enzimom, aminokiselinom i ATP-om. Aminokiselina se obogaćuje energijom, aktivira, stječe sposobnost stvaranja peptidnih veza sa susjednom aminokiselinom. Bez procesa aktivacije aminokiselina ne može se formirati polipeptidni lanac od aminokiselina.
Suprotni, gornji dio molekule tRNA sadrži triplet nukleotida antikodon, uz pomoć kojih je t-RNA pričvršćena na svoj komplementarni kodon (slika 22).
Prva molekula t-RNA, na koju je vezana aktivirana aminokiselina, veže svoj antikodon na kodon mRNA, a jedna aminokiselina se pojavljuje u ribosomu. Zatim se druga t-RNA svojim antikodonom veže na odgovarajući kodon mRNA. Istodobno, 2 aminokiseline su već u ribosomu, između kojih se stvara peptidna veza. Prva tRNA napušta ribosom čim donira aminokiselinu polipeptidnom lancu na ribosomu. Zatim se na dipeptid veže 3. aminokiselina, donosi je treća t-RNA itd. Sinteza proteina se zaustavlja na jednom od terminalnih kodona - UAA, UAG, UGA (slika 23.).
1 – kodon mRNA; kodoniUCG-UCG; CUA-CUA; CGU-CGU;
2 – t-RNA antikodon; antikodon GAT - GAT
Riža. 21 . Faza translacije: kodon mRNA privučen je tRNA antikodonom odgovarajućim komplementarnim nukleotidima (bazama)
