البنية الخلوية المسؤولة عن تخليق البروتين. ما هو كود الإيقاف؟ أين وكيف يحدث التخليق الحيوي للبروتين

تعتمد قدرة الخلايا على الحفاظ على تنظيم عالي الترتيب على المعلومات الجينيةوالتي يتم تحقيقها أو صيانتها أو إعادة إنتاجها أو تحسينها في أربع عمليات وراثية: تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين، وإصلاح الحمض النووي (DNA)، وتكرار الحمض النووي (DNA)، وإعادة التركيب الجيني. تمثل البروتينات عادة أكثر من نصف الكتلة الجافة للخلية، ويلعب تركيبها دورًا الدور الرئيسيفي عمليات مثل نمو الخلايا وتمايزها، والحفاظ على بنيتها ووظيفتها.

يعتمد على العمل المشترك لعدة فئات من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA). أولاً، نتيجة لنسخ الحمض النووي الذي يحمل معلومات حول البروتين الذي يتم تصنيعه، يتم تشكيل جزيء الرسول RNA (mRNA). يرتبط جزيء نقل RNA محدد (tRNA) بكل من الأحماض الأمينية العشرين التي يتكون منها البروتين، وترتبط بعض عوامل البروتين المساعدة بوحدات الريبوسوم الفرعية التي يحدث عليها التخليق.

تعتبر بداية تخليق البروتين في الخلية هي اللحظة التي تتحد فيها هذه المكونات في السيتوبلازم لتشكل الريبوسوم الوظيفي. عندما يتحرك mRNA خطوة بخطوة عبر الريبوسوم، تتم ترجمة (نقل) تسلسل النيوكليوتيدات الخاص به إلى تسلسل الأحماض الأمينية المقابل، مما يؤدي إلى إنشاء سلسلة بروتينية محددة.

يسمى تركيب الحمض النووي الريبي (RNA) على قالب الحمض النووي (DNA) بالنسخ. نتيجة للنسخ، يتم تشكيل جزيئات mRNA التي تحمل المعلومات اللازمة لتخليق البروتين في الخلية، وكذلك النقل والريبوسوم وأنواع أخرى من جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تؤدي وظائف هيكلية وتحفيزية. يتم تحفيز تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) هذه - وهي نسخ من تسلسل النيوكليوتيدات لأجزاء من جزيء الحمض النووي (DNA) - بواسطة إنزيمات تسمى بوليميرات الحمض النووي الريبي (RNApolymerases).

تبين أن ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) قوي جدًا إذا ارتبط بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) بتسلسل DNA محدد، وهو ما يسمى المروج، الذي يحتوي على إشارة البداية لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA)، أي إلى الموقع الذي يجب أن يبدأ منه هذا التوليف. تتميز التفاعلات التي تتبع ذلك بما يلي: بعد الارتباط بالمحفز، يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) بفك قسمه من الحلزون المزدوج، وبالتالي كشف النيوكليوتيدات على جزء قصير من كل من شريطي الحمض النووي. يجب أن تصبح إحدى هاتين السلسلتين المنفصلتين نموذجًا للاقتران التكميلي للحمض النووي الرئيسي مع قواعد المونومرات الواردة - ثلاثي فوسفات الريبونوكليوسيد. يربط البوليميراز أول مونومرين واردين وبالتالي يبدأ سلسلة الحمض النووي الريبي (RNA) المركبة. بعد ذلك، يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA)، الذي يتحرك خطوة بخطوة على طول الحمض النووي، بفك حلزون الحمض النووي الموجود أمامه، وفي كل مرة يكشف قسمًا جديدًا من القالب لمزاوجة القاعدة التكميلية. عن طريق إضافة نيوكليوتيد واحد في كل مرة إلى سلسلة الحمض النووي الريبوزي (RNA) المتنامية، فإنه يزيد السلسلة تدريجيًا.

تستمر عملية استطالة سلسلة الحمض النووي الريبوزي (RNA) حتى يواجه الإنزيم تسلسل نيوكليوتيدات محدد آخر في سلسلة الحمض النووي (DNA) في طريقه، وهي إشارة إنهاء النسخ (إشارة التوقف). بعد الوصول إلى هذه النقطة، ينفصل البوليميراز عن كل من قالب DNA وشريط الحمض النووي الريبي (RNA) المركب حديثًا. عندما يتحرك الإنزيم على طول شريط القالب، يتم تشكيل حلزون مزدوج RNA-DNA في مركزه النشط. خلف جزيء البوليميراز، الذي أكمل عمله في تخليق DNA-RNA، يتم استعادة حلزون DNA-RNA على الفور، ويتم إزاحة RNA. يتم فصل كل شريط مكتمل من الحمض النووي الريبي (RNA) عن قالب الحمض النووي (DNA) كجزيء حر مفرد الشريط، حيث يتراوح عدد النيوكليوتيدات من 70 إلى 10000.

كقاعدة عامة، يتم نسخ أحد خيوط الحمض النووي. يتم تحديد أي من السلسلتين سيتم نسخها بواسطة المروج، حيث يتم توجيه تسلسل النيوكليوتيدات بطريقة لتوجيه بوليميراز الحمض النووي الريبي إلى مسار أو آخر.

ومن المعروف أيضًا أنه عند تحديد أجزاء الحمض النووي التي سيتم نسخها بواسطة بوليميراز RNA، دور مهمتلعب بروتينات خاصة تنظم نشاط الجينات. يعتمد الأمر عليهم بشكل أساسي على البروتينات التي ستنتجها الخلية. علاوة على ذلك، في الخلايا حقيقية النواة، تترك معظم نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) من الحمض النووي نواة الخلية وتنتقل إلى السيتوبلازم على شكل mRNA، وتخضع لتغيرات كبيرة - وتخضع لعملية الربط.

تحتوي جميع الخلايا على مجموعة من RNAs الناقلة (tRNAs) - وهي جزيئات صغيرة تتراوح أحجامها من 70 إلى 90 نيوكليوتيدات. هذه الـ RNAs، من خلال ضم أحد طرفي كودون mRNA محدد والآخر عن طريق ربط الحمض الأميني المشفر بواسطة هذا الثلاثي، تسمح للأحماض الأمينية بالترتيب بالترتيب الذي يمليه تسلسل النيوكليوتيدات في mRNA.

يمكن لكل tRNA أن يحمل واحدًا فقط من الأحماض الأمينية العشرين المستخدمة في تخليق البروتين. يتم تعيين نقل الحمض النووي الريبي (RNA) الذي ينقل الجلايسين على أنه Gly tRNA، وما إلى ذلك. يوجد نوع واحد من tRNA لكل من الأحماض الأمينية العشرين. من المهم أن يكون كل حمض أميني مرتبطًا تساهميًا بـ tRNA الذي يحتوي على الكودون المضاد الصحيح - وهو تسلسل ثلاثي النوكليوتيدات مكمل لكودون ثلاثي النوكليوتيدات الذي يحدد هذا الحمض الأميني في جزيء mRNA. يسمح اقتران الكودون ومضاد الكودون بدمج كل حمض أميني في سلسلة البروتين المتنامية بالترتيب الذي يمليه تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال. لذلك يتم استخدام الشفرة الوراثية لترجمة (ترجمة) تسلسل النيوكليوتيدات للأحماض النووية إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات.

حبلا mRNA ملون باللون الأحمر، والريبوسومات باللون الأزرق، وسلاسل البوليببتيد المتنامية باللون الأخضر. (تصوير الدكتورة إيلينا كيسيليفا).

من خلال ربط الحمض الأميني في أحد الطرفين والاقتران بالكودون في الطرف الآخر، يقوم الحمض الريبي النووي النقال بتحويل سلسلة من النيوكليوتيدات إلى سلسلة من الأحماض الأمينية. تعتمد وظيفة الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على البنية ثلاثية الأبعاد لجزيئه. لا يعتمد مكان ارتباط حمض أميني معين بسلسلة بولي ببتيد متنامية على الحمض الأميني نفسه، بل على جزيء tRNA المرتبط به. يرتبط جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل تساهميًا بالحمض الأميني نفسه، من بين جميع الأحماض الأمينية العشرين، والذي يعد شريكه الحقيقي. ترتبط هذه الآلية بمشاركة إنزيمات تُسمى إنزيمات aminoacyl-tRNA، والتي تربط الحمض الأميني بالمجموعة المقابلة من جزيئات tRNA. يحتوي كل حمض أميني على إنزيم سينثاتيز خاص به (يوجد 20 إنزيمًا صناعيًا كهذا في المجموع): يضيف أحدهم، على سبيل المثال، الجلايسين إلى tRNA Gly، ويضيف الآخر ألانين إلى tRNA Ala، وما إلى ذلك. وهكذا، تلعب جزيئات الحمض النووي الريبي (tRNA) دور المحولات النهائية، حيث تترجم المعلومات الموجودة في تسلسل النيوكليوتيدات للحمض النووي إلى لغة البروتين.

تتطلب تفاعلات تخليق البروتين حدوث تحفيز تحفيزي معقد. يجب تعديل الطرف المتنامي لسلسلة البولي ببتيد بطريقة معينة لجزيء mRNA حتى يتمكن كل كودون mRNA لاحق من الاتصال بدقة بمضاد الحمض النووي الريبوزي الناقل، دون تخطي نيوكليوتيد واحد. وإلا فإنه سيؤدي إلى تحول في تسلسل القراءة.

أكثر من نصف كتلة الريبوسوم هو RNA (rRNA)، الذي يلعب الدور الرئيسيفي النشاط التحفيزي للريبوسوم. هناك ثلاثة مواقع مختلفة في الريبوسوم يرتبط بها RNA - واحد لـ mRNA واثنان لـ tRNA. من الموقعين الأخيرين، يوجد موقع واحد يحمل جزيء الحمض الريبي النووي النقال المرتبط بالنهاية النامية لسلسلة البولي ببتيد، لذلك يطلق عليه موقع ربط الببتيديل-الحمض الريبي النووي النقال، أو موقع P.

يعمل القسم الثاني على الاحتفاظ فقط بجزيء tRNA الواصل والمحمل بحمض أميني. ويسمى موقع ربط aminoacyl-tRNA، أو A-site. يرتبط جزيء tRNA بقوة بكلا الموقعين فقط إذا اقترن الكودون المضاد مع كودون mRNA التكميلي الخاص به. يقع موقعا A وP بالقرب من بعضهما البعض، بحيث تقترن جزيئيتا الحمض الريبي النووي النقال المرتبط بهما بكودونات متجاورة في جزيء mRNA.

يمكن اعتبار عملية نمو سلسلة عديد الببتيد على الريبوسومات بمثابة دورة تتكون من ثلاث مراحل منفصلة:

1. يرتبط جزيء aminoacyl-tRNA بالموقع الحر للريبوسوم المجاور لموقع P المشغول. يحدث الارتباط عن طريق إقران نيوكليوتيدات الكودون المضاد مع ثلاثة نيوكليوتيدات من mRNA الموجودة في الموقع A.
2. في المرحلة الثانية، يتم فصل نهاية الكربوكسيل لسلسلة البولي ببتيد في الموقع P عن جزيء tRNA ويتم تكوين رابطة الببتيد مع الحمض الأميني المرتبط بجزيء tRNA في الموقع A.
3. يتم نقل الحمض النووي الريبوزي الببتيديل الجديد إلى الموقع P للريبوسوم، بينما يتحرك الريبوسوم على طول جزيء mRNA بثلاثة نيوكليوتيدات بالضبط.

تتضمن عملية النقل، والتي تشكل المرحلة الثالثة، أيضًا عودة جزيء tRNA الحر المنفصل عن سلسلة البولي ببتيد في المنطقة P خلال المرحلة الثانية من تجمع tRNA السيتوبلازمي. لذلك، بعد الانتهاء من المرحلة الثالثة، يمكن للموقع A غير المأهول أن يقبل جزيء tRNA جديد محملاً بحمض أميني آخر، أي يمكن أن تبدأ الدورة من جديد.

عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة. يصاحب تكوين كل رابطة ببتيدية جديدة ترتيب أربع روابط فوسفاتية عالية الطاقة. اثنان منهم ينفقان على تحميل جزيء الحمض النووي الريبوزي الناقل بحمض أميني، واثنان ينفقان على التخليق نفسه في دورة التفاعلات التي تحدث على الريبوسوم. في نهاية الدورة، لا يرتبط الببتيديل ترانسفيراز بحمض أميني، بل بجزيء H 2 O إلى peptidyl-tRNA، مما يؤدي إلى فصل نهاية الكربوكسيل لسلسلة البولي ببتيد المتنامية عن جزيء tRNA - سلسلة البروتين حرة و يدخل السيتوبلازم.

وهكذا فإن الخلية المتكونة حديثاً بعد الانقسام الانقسامي تتمتع باستمرارية الأنواع من المادة الوراثية، نتيجة انتقالها أثناء عملية الانقسام بكميات متساوية إلى الخليتين الابنتين. تواصل الخلايا الوليدة العملية التطورية الثابتة لاستقلاب الأنواع، وتكتسب خصائص مميزة لتجمع الخلايا في الأنسجة. لذلك، في فترة قصيرة من الزمن، تخضع الخلايا المتكونة حديثًا للتخصص (التمايز) وفقًا لانتماءها الرئيسي المعين وراثيًا. أصبح عدد من الخصائص شائعًا جدًا في جميع الخلايا، بغض النظر عن نظام الأنسجة الذي يتعين عليها أداء عملها فيه. دورة الحياة. ولأداء وظائفها، تتمتع الخلايا بعدد من الخصائص المتخصصة للغاية.

مصادر:
الفيزيولوجيا الخلوية / لوتسينكو م.ت. // نوفوسيبيرسك-بلاغوفيشتشينسك، 2011.

تخليق البروتين- إحدى العمليات الأيضية الرئيسية في الخلية. هذا هو توليف المصفوفة. يتطلب تخليق البروتين DNA وmRNA وtRNA وrRNA (الريبوسومات) والأحماض الأمينية والإنزيمات وأيونات المغنيسيوم وطاقة ATP. الدور الرئيسي في تحديد بنية البروتين ينتمي إلى الحمض النووي.

يتم تشفير المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين في جزيء DNA. طريقة تسجيل المعلومات تسمى الترميز. الشفرة الوراثية هي نظام لتسجيل المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات باستخدام تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي الريبي المرسال.

يحتوي الحمض النووي الريبي (RNA) على 4 أنواع من النيوكليوتيدات: A، G، C، U. تحتوي جزيئات البروتين على 20 حمضًا أمينيًا. يتم تشفير كل من الأحماض الأمينية العشرين بواسطة تسلسل من 3 نيوكليوتيدات، تسمى ثلاثية أو كودون. من 4 نيوكليوتيدات، يمكنك إنشاء 64 مجموعة مختلفة من 3 نيوكليوتيدات لكل منها (4 3 = 64).

خصائص الشفرة الوراثية

1. الكود الوراثي ثلاثية:

2. الكود منحطوهذا يعني أن كل حمض أميني يتم تشفيره بأكثر من كودون واحد (2 إلى 6):

3. الكود غير متداخلة.وهذا يعني أن الكودونات الموجودة بشكل تسلسلي تقع بشكل تسلسلي في ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات:

4. متنوع القدراتلجميع الخلايا (الإنسان، الحيوان، النبات).

5. محدد.نفس الثلاثي لا يمكن أن يتوافق مع العديد من الأحماض الأمينية.

6. يبدأ تخليق البروتين بكودون البداية (الأولي). خارج،الذي يرمز للحمض الأميني الميثيونين.

7. ينتهي تصنيع البروتين بإحدى الطرق الثلاث رموز التوقفالأحماض الأمينية غير المشفرة: UAT، UAA، يوتا.

جدول الكود الوراثي

يُطلق على جزء من الحمض النووي الذي يحتوي على معلومات حول بنية بروتين معين اسم الجين. لا يشارك الجين بشكل مباشر في تخليق البروتين. الوسيط بين الجين والبروتين هو messenger RNA (mRNA). يلعب الحمض النووي دور القالب لتخليق mRNA في نواة الخلية. يتفكك جزيء الحمض النووي الموجود في موقع الجين. ومن إحدى سلاسله، يتم نسخ المعلومات على mRNA وفقا لمبدأ التكامل بين القواعد النيتروجينية للأحماض النووية. هذه العملية تسمى النسخ.يحدث النسخ في نواة الخلية بمشاركة إنزيم بوليميريز RNA وباستخدام طاقة ATP (الشكل 37).

أرز. 37.النسخ.

يتم تخليق البروتين في السيتوبلازم على الريبوسومات، حيث يعمل الرنا المرسال كمصفوفة (الشكل 38). تسمى ترجمة سلسلة ثلاثية النيوكليوتيدات في جزيء mRNA إلى تسلسل محدد من الأحماض الأمينية إذاعة.يخرج mRNA المركب من خلال المسام الموجودة في الغلاف النووي إلى السيتوبلازم في الخلية ويتحد مع الريبوسومات لتكوين polyribosomes (polysomes). يتكون كل ريبوسوم من وحدتين فرعيتين - كبيرة وصغيرة. يرتبط mRNA بالوحدة الفرعية الصغيرة في وجود أيونات المغنيسيوم (الشكل 39).

أرز. 38.تخليق البروتين.

أرز. 39.الهياكل الأساسية المشاركة في تخليق البروتين.

تم العثور على RNAs النقل (tRNAs) في السيتوبلازم. كل حمض أميني لديه tRNA الخاص به. يحتوي جزيء الحمض الريبي النووي النقال على ثلاثة توائم من النيوكليوتيدات على إحدى الحلقات (مضاد الكودون)، وهو مكمل لثلاثية النيوكليوتيدات الموجودة في الرنا المرسال (الكودون).

يتم تنشيط الأحماض الأمينية الموجودة في السيتوبلازم (تتفاعل مع ATP)، وباستخدام إنزيم إنزيم أميناسيل-tRNA، تنضم إلى الحمض الريبي النووي النقال. يحمل كود (البدء) الأول لـ mRNA - AUG - معلومات حول الحمض الأميني ميثيونين (الشكل 40). يتطابق هذا الكودون مع جزيء tRNA يحتوي على مضاد الكودون التكميلي ويحمل أول حمض أميني ميثيونين. وهذا يضمن اتصال الوحدات الفرعية الكبيرة والصغيرة للريبوسوم. الكودون الثاني من mRNA يربط الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يحتوي على كودون مضاد مكمل لهذا الكودون. يحتوي tRNA على الحمض الأميني الثاني. تتكون الرابطة الببتيدية بين الأحماض الأمينية الأولى والثانية. يتحرك الريبوسوم بشكل متقطع، ثلاثة أضعاف ثلاثة أضعاف، على طول mRNA. يتم إطلاق أول tRNA ويدخل السيتوبلازم، حيث يمكن أن يتحد مع حمضه الأميني.

عندما يتحرك الريبوسوم على طول mRNA، تتم إضافة الأحماض الأمينية المقابلة لثلاثة توائم mRNA والمحضرة بواسطة tRNA إلى سلسلة البولي ببتيد (الشكل 41).

"يقرأ" الريبوسوم المعلومات الموجودة في mRNA حتى يصل إلى أحد أكواد التوقف الثلاثة (UAA، UGA، UAG). سلسلة عديد الببتيد

أرز. 40.تخليق البروتين.

أ- ربط aminoacyl-tRNA؛

ب- تكوين رابطة الببتيد بين الميثيونين والحمض الأميني الثاني.

في- حركة الريبوسوم بكودون واحد.

يترك الريبوسوم ويكتسب البنية المميزة لهذا البروتين.

تتمثل الوظيفة المباشرة للجين الفردي في تشفير بنية إنزيم بروتيني محدد، والذي يحفز تفاعلًا كيميائيًا حيويًا واحدًا يحدث في ظل ظروف بيئية معينة.

الجين (قسم الحمض النووي) ← mRNA ← إنزيم البروتين ← التفاعل الكيميائي الحيوي ← السمة الوراثية.

أرز. 41.إذاعة.

أسئلة للتحكم في النفس

1. أين يحدث تخليق البروتين في الخلية؟

2. أين يتم تسجيل المعلومات حول تخليق البروتين؟

3. ما هي خصائص الشفرة الوراثية؟

4. في أي كودون يبدأ تخليق البروتين؟

5. ما هي الكودونات التي تنهي عملية تصنيع البروتين؟

6. ما هو الجين؟

7. كيف وأين يتم النسخ؟

8. ما هي ثلاثة توائم النيوكليوتيدات التي تسمى في جزيء mRNA؟

9. ما هو البث؟

10. كيف يرتبط الحمض الأميني بالـ tRNA؟

11. ما هو اسم ثلاثية النيوكليوتيدات الموجودة في جزيء tRNA؟ 12. ما هو الحمض الأميني الذي يوفر الاتصال بين الكبير و

وحدات فرعية صغيرة من الريبوسوم؟

13. كيف يحدث تكوين سلسلة البروتين متعدد الببتيد؟

كلمات مفتاحية للموضوع "تركيب البروتين"

ألانين ذو قاعدة نيتروجينية

الأحماض الأمينية

مضاد الكودون

بروتين

رد فعل كيميائي حيوي

حمض أساسي

الجين

عمل الكود الوراثي

الحمض النووي

إدخال المعلومات أيونات المغنيسيوم

مرنا

الترميز

كودون

لوسين

مصفوفة

الاسْتِقْلاب

ميثيونين

حلقة رابطة الببتيد للأحماض النووية ذات السمات الوراثية

مسام متعدد الريبوسوم

وسيط التسلسل

مبدأ التكامل الريبوسومي

الرنا الريباسي

سيرين

توليف

مزيج

طريق

بناء

وحدة فرعية

النسخ

إذاعة

ثلاثية

الحمض الريبي النووي النقال

حبكة

فينيل ألانين

الانزيمات

سلسلة

السيتوبلازم

طاقة اعبي التنس المحترفين

مخطط الدرس :"تركيب البروتين في الخلية"

(للصف العاشر التخصصي مدة الدرس ساعتان)

المعلم: ماستيوخينا آنا ألكساندروفنا

المؤسسة التعليمية البلدية "المدرسة الثانوية التي تحمل اسم الجنرال زاخاركين آي جي."

هدف الدرس:

التعليمية: يذاكرملامح التخليق الحيوي للبروتين في الخلية, تعلم المفاهيم:الجين، الشفرة الوراثية، الثلاثي، الكودون، الكودون المضاد، النسخ، الترجمة، متعدد الجسيمات; نالاستمرار في تطوير المعرفة حول آليات التخليق الحيوي للبروتين باستخدام مثال الترجمة؛ معرفة دور نقل الحمض النووي الريبي (RNA) في عملية التخليق الحيوي للبروتين. الكشف عن آليات تخليق قالب سلسلة البولي ببتيد على الريبوسومات.

التنموية: من أجل تنمية الاهتمام المعرفي لدى الطلابإعداد الرسائل مقدما(« حقائق مثيرة للاهتمامحول الجين"، "الشفرة الجينية"، "النسخ والترجمة"). لتطوير المهارات العمليةسوف تجعل متزامنة. من أجل تطوير التفكير المنطقيتعلم كيفية حل المشاكل.

التعليمية: من أجل تكوين رؤية علمية للعالم، وإثبات أهمية وأهمية تخليق البروتين في الخلايا، وكذلك ضرورتها الحيوية.

F. O.U .: الدرس.

نوع الدرس : مجموع

نوع الدرس : مع عرض "تخليق البروتين في الخلية" وعرض النماذج المغناطيسية.

معدات: عرض "تخليق البروتين في الخلية"؛ جدول "الشفرة الوراثية"؛ مخطط "تكوين mRNA من قالب الحمض النووي (النسخ)" ؛ مخطط "هيكل t-RNA" ؛ مخطط "تخليق البروتين في الريبوسومات (ترجمة)" ؛ مخطط "تخليق البروتين على متعدد الجسيمات" ؛ بطاقات المهام وألغاز الكلمات المتقاطعة؛ النماذج المغناطيسية.

تقدم الدرس:

الأساليب والتقنيات المنهجية:

أنا .تنظيم الصف.

درسنا في الدروس السابقة مواد تسمى الأحماض النووية. نتيجة ل

ثم نظرنا إلى نوعيهما: DNA وRNA، وتعرفنا على بنيتهما ووظائفهما. وقد وجد أن كل حمض نووي يحتوي على أربع قواعد نيتروجينية مختلفة، ترتبط مع بعضها البعض وفق مبدأ التكامل. سنحتاج إلى كل هذه المعرفة عند دراسة موضوع اليوم الجديد. لذا اكتب اسمها في مصنفاتك "تخليق البروتين في الخلية".

ثانيا .تعلم مواد جديدة:

1) تحديث المعرفة:

قبل البدء بالدراسة موضوع جديددعونا نتذكر: ما هو التمثيل الغذائي (الأيض):

التمثيل الغذائي - مجمل جميع التفاعلات الأنزيمية للخلية، المرتبطة ببعضها البعض ومع البيئة الخارجية، مكونة من البلاستيك
وتبادلات الطاقة.

دعونا نصنع مزامنة، الكلمة الأولى منها هي التمثيل الغذائي. (1- التمثيل الغذائي

2- البلاستيك، الطاقة

3- يتدفق، يمتص، يطلق

4-مجموعة التفاعلات الأنزيمية للخلية

5- التمثيل الغذائي)

التخليق الحيوي للبروتينيشير إلى تفاعلات التبادل البلاستيكية.

التخليق الحيوي للبروتين – أهم عملية في الطبيعة الحية. هذا هو إنشاء جزيئات البروتين بناءً على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في بنيتها الأولية الموجودة في بنية الحمض النووي

المهمة: أكمل الجمل عن طريق ملء المصطلحات المفقودة.

1. عملية التمثيل الضوئي هي...(توليف مادة عضويةفي النور).

2. تتم عملية التمثيل الضوئي في عضيات الخلية - ...(البلاستيدات الخضراء).

3. يتم إطلاق الأكسجين الحر أثناء عملية التمثيل الضوئي أثناء تحلل...(ماء).

4. في أي مرحلة من عملية التمثيل الضوئي يتكون الأكسجين الحر؟ على...(ضوء).

5. خلال مرحلة الضوء... ATP.(مجمعة.)

6. في المرحلة المظلمة،... تتشكل في البلاستيدات الخضراء...(الكربوهيدرات الأولية هي الجلوكوز).

7. عندما تضرب الشمس الكلوروفيل...(إثارة الإلكترونات).

8. يحدث التمثيل الضوئي في الخلايا...(النباتات الخضراء).

9. تحدث المرحلة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي في...(الثيلاكويدات).

10. تحدث المرحلة المظلمة في...(أي) مرات اليوم.

أهم عملية الاستيعاب في الخلية هي البروتينات الكامنة فيه.

تحتوي كل خلية على آلاف البروتينات، بما في ذلك تلك التي تنفرد بها هذا النوعالخلايا. نظرًا لأن جميع البروتينات يتم تدميرها عاجلاً أم آجلاً في عملية الحياة، فيجب على الخلية تصنيع البروتينات بشكل مستمر لاستعادة طاقتها بالإضافة إلى ذلك، تقوم العديد من الخلايا "بتصنيع" البروتينات لتلبية احتياجات الكائن الحي بأكمله، على سبيل المثال، خلايا الغدد الصماء التي تفرز الهرمونات البروتينية في الدم. في مثل هذه الخلايا، يكون تخليق البروتين مكثفًا بشكل خاص.

2) تعلم مواد جديدة:

يتطلب تخليق البروتين الكثير من الطاقة.

مصدر هذه الطاقة، كما هو الحال بالنسبة لجميع العمليات الخلوية، هو . يتم تحديد تنوع وظائف البروتينات من خلال بنيتها الأساسية، أي. تسلسل الأحماض الأمينية في جزيئها. بدوره وراثي يتم احتواء البنية الأساسية للبروتين في تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي. يُطلق على جزء من الحمض النووي الذي يحتوي على معلومات حول البنية الأساسية لبروتين واحد اسم الجين. يحتوي كروموسوم واحد على معلومات حول بنية عدة مئات من البروتينات.

الكود الجيني.

كل حمض أميني في البروتين يتوافق مع تسلسل من ثلاثة نيوكليوتيدات تقع واحدة تلو الأخرى - ثلاثية. حتى الآن، تم تجميع خريطة للشفرة الوراثية، أي أنه من المعروف أي مجموعات ثلاثية من نيوكليوتيدات الحمض النووي تتوافق مع واحد أو آخر من الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل البروتينات (الشكل 33). كما تعلم، يمكن أن يحتوي الحمض النووي على أربع قواعد نيتروجينية: الأدينين (A)، والجوانين (G)، والثايمين (T)، والسيتوزين (C). عدد التركيبات 4 في 3 هو: 43 = 64، أي يمكن تشفير 64 حمض أميني مختلف، بينما يتم تشفير 20 حمض أميني فقط. اتضح أن العديد من الأحماض الأمينية لا تتوافق مع واحد، ولكن عدة توائم مختلفة - الكودونات.

من المفترض أن خاصية الشفرة الوراثية هذه تزيد من موثوقية تخزين ونقل المعلومات الوراثية أثناء انقسام الخلايا. على سبيل المثال، يتوافق الحمض الأميني ألانين مع 4 أكواد: CGA، CGG، CTG، CGC، واتضح أن الخطأ العشوائي في النوكليوتيدات الثالثة لا يمكن أن يؤثر على بنية البروتين - سيظل كودون ألانين.

وبما أن جزيء الحمض النووي يحتوي على مئات الجينات، فإنه يشمل بالضرورة ثلاثة توائم، وهي “علامات ترقيم” وتشير إلى بداية ونهاية جين معين.

من الخصائص المهمة جدًا للشفرة الوراثية هي الخصوصية، أي أن الثلاثي الواحد يشير دائمًا إلى حمض أميني واحد فقط. فالشفرة الوراثية عالمية لجميع الكائنات الحية من البكتيريا إلى الإنسان.
النسخ. الناقل لجميع المعلومات الوراثية هو الحمض النووي الموجود في الخلايا. يحدث تخليق البروتين نفسه في سيتوبلازم الخلية، على الريبوسومات. من النواة إلى السيتوبلازم، تأتي المعلومات حول بنية البروتين على شكل RNA المرسال (i-RNA). من أجل تصنيع mRNA، يتم "تفكيك" جزء من الحمض النووي، ثم، وفقًا لمبدأ التكامل، يتم تصنيع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) في إحدى سلاسل الحمض النووي (DNA) بمساعدة الإنزيمات (الشكل 34). يحدث هذا على النحو التالي: ضد، على سبيل المثال، يتحول جوانين جزيء الحمض النووي إلى السيتوزين لجزيء الحمض النووي الريبي (RNA)، ضد الأدينين في جزيء الحمض النووي - اليوراسيل RNA (تذكر أن الحمض النووي الريبي (RNA) يحتوي على اليوراسيل في النيوكليوتيدات بدلاً من الثيمين)، مقابل الثيمين في الحمض النووي - الأدينين الحمض النووي الريبي (RNA) والسيتوزين المعاكس للحمض النووي (RNA) - جوانين RNA. وهكذا تتشكل سلسلة mRNA وهي نسخة طبق الأصلالشريط الثاني من الحمض النووي (يتم استبدال الثايمين فقط باليوراسيل). وبالتالي، تتم "إعادة كتابة" المعلومات حول تسلسل النيوكليوتيدات لجين الحمض النووي في تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال. هذه العملية تسمى النسخ. في بدائيات النوى، يمكن لجزيئات mRNA المركبة أن تتفاعل على الفور مع الريبوسومات، ويبدأ تخليق البروتين. في حقيقيات النوى، يتفاعل mRNA مع بروتينات خاصة في النواة ويتم نقله عبر الغلاف النووي إلى السيتوبلازم.
يجب أن يحتوي السيتوبلازم على مجموعة من الأحماض الأمينية الضرورية لتخليق البروتين. تتشكل هذه الأحماض الأمينية نتيجة لانهيار البروتينات الغذائية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لهذا الحمض الأميني أو ذاك الوصول إلى موقع تخليق البروتين المباشر، أي في الريبوسوم، فقط من خلال الارتباط بـ RNA الناقل الخاص (t-RNA).

نقل الحمض النووي الريبي.

لنقل كل نوع من الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات التي تحتاجها أنواع منفصلةالحمض الريبي النووي النقال. وبما أن البروتينات تحتوي على حوالي 20 حمضًا أمينيًا، فإن هناك نفس العدد من أنواع الحمض الريبي النووي النقال. هيكل جميع الحمض الريبي النووي النقال متشابه (الشكل 35). تشكل جزيئاتها هياكل غريبة تشبه ورقة البرسيم في الشكل. تختلف أنواع الحمض الريبي النووي النقال بالضرورة في ثلاثية النيوكليوتيدات الموجودة "في الأعلى". هذا الثلاثي، الذي يسمى مضاد الكودون، يتوافق في شفرته الجينية مع الحمض الأميني الذي سيحمله هذا الـ T-RNA. هناك إنزيم خاص يعلق بالضرورة على "سويقات الورقة" الحمض الأميني المشفر بواسطة الثلاثي المكمل للكودون المضاد.

إذاعة.

المرحلة الأخيرة من تخليق البروتين - الترجمة - تحدث في السيتوبلازم. يتم ربط الريبوسوم في نهاية الرنا المرسال الذي يجب أن يبدأ منه تخليق البروتين (الشكل 36). يتحرك الريبوسوم على طول جزيء mRNA بشكل متقطع، في "قفزات"، ويبقى على كل ثلاثة توائم لمدة 0.2 ثانية تقريبًا. خلال هذه اللحظة، يستطيع واحد من بين العديد من الحمض الريبي النووي النقال "التعرف" باستخدام الكودون المضاد له على الثلاثي الذي يقع عليه الريبوسوم. وإذا كان الكودون المضاد مكملاً لثلاثية mRNA، فسيتم فصل الحمض الأميني عن "سويقات الورقة" وربطه بواسطة رابطة الببتيد بسلسلة البروتين المتنامية (الشكل 37). في هذه اللحظة، يتحرك الريبوسوم على طول mRNA إلى الثلاثي التالي، مشفرة الحمض الأميني التالي للبروتين الذي يتم تصنيعه، وt-RNA التالي "يجلب" الحمض الأميني الضروري، مما يزيد من سلسلة البروتين المتنامية. تتكرر هذه العملية عدة مرات بقدر عدد الأحماض الأمينية التي يجب أن يحتويها البروتين الذي يتم بناؤه. عندما تكون هناك مجموعة واحدة من ثلاثة توائم في الريبوسوم، وهي "إشارة توقف" بين الجينات، فلا يمكن لـ t-RNA واحد أن ينضم إلى مثل هذا الثلاثي، لأن t-RNA لا يحتوي على مضادات لها. عند هذه النقطة، ينتهي تخليق البروتين. تحدث جميع التفاعلات الموصوفة في فترات زمنية قصيرة جدًا. تشير التقديرات إلى أن تخليق جزيء بروتين كبير إلى حد ما يستغرق حوالي دقيقتين فقط.

لا تحتاج الخلية إلى جزيء واحد، بل إلى جزيئات عديدة من كل بروتين. لذلك، بمجرد أن يتحرك الريبوسوم، الذي كان أول من بدأ تخليق البروتين على الرنا المرسال، للأمام، يتم تعليق ريبوسوم ثانٍ خلفه على نفس الرنا المرسال، لتصنيع نفس البروتين. ثم يتم ربط الريبوسومات الثالثة والرابعة وما إلى ذلك بالتسلسل على الرنا المرسال، وتسمى جميع الريبوسومات التي تصنع نفس البروتين المشفر في الرنا المرسال المعطى بالبوليزوم.

عند اكتمال تخليق البروتين، يمكن للريبوسوم العثور على mRNA آخر والبدء في تصنيع البروتين الذي تم تشفير بنيته في mRNA الجديد.

وبالتالي، فإن الترجمة هي ترجمة تسلسل النيوكليوتيدات لجزيء mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين المركب.

وتشير التقديرات إلى أن جميع البروتينات الموجودة في جسم الثدييات يمكن تشفيرها بنسبة 2% فقط من الحمض النووي الموجود في خلاياها. ما هي الـ 98٪ الأخرى من الحمض النووي اللازمة؟ اتضح أن كل جين أكثر تعقيدًا مما كان يُعتقد سابقًا، ولا يحتوي فقط على القسم الذي يتم فيه تشفير بنية البروتين، ولكن أيضًا أقسام خاصة يمكنها "تشغيل" أو "إيقاف" تشغيل كل جين . وهذا هو السبب في كل الخلايا، على سبيل المثال جسم الإنسانبوجود نفس مجموعة الكروموسومات، فإنهم قادرون على تصنيع بروتينات مختلفة: في بعض الخلايا، يحدث تخليق البروتين بمساعدة جينات معينة، بينما في حالات أخرى، تشارك جينات مختلفة تمامًا. لذلك، لا يتحقق في كل خلية سوى جزء من المعلومات الوراثية الموجودة في جيناتها.

يتطلب تخليق البروتين مشاركة عدد كبير من الإنزيمات. وكل تفاعل فردي لتخليق البروتين يتطلب إنزيمات متخصصة.

رابعا .تأمين المواد:

املأ الجدول:

ب-1

يتكون التخليق الحيوي للبروتين من مرحلتين متتاليتين: النسخ والترجمة.

حل المشكلة 1:

يتم إعطاء مضادات الحمض الريبي النووي النقال: GAA، GCA، AAA، ACG. باستخدام جدول الشفرة الوراثية، حدد تسلسل الأحماض الأمينية في جزيء البروتين، وكودونات mRNA والثلاثية في جزء الجين الذي يشفر هذا البروتين.

حل:

أكواد mRNA: TSUU – TsGU – UUU – UGC.

تسلسل الأحماض الأمينية: ليو – أرج – فين – رابطة الدول المستقلة.

ثلاثية الحمض النووي: GAA – GCA – AAA – ACG.

المهمة 2

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال وتسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الذي يتم تصنيعه تحت سيطرة هذا الجين.

الجواب: الحمض النووي: TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT

مرنا: ACA-UGU-AAU-UUU-GGA

البروتين: تري --- رابطة الدول المستقلة --- آسيا والمحيط الهادئ --- فين --- جلي.

V-2

حل المشكلة 1:

المعطى هو جزء من جزيء الحمض النووي المزدوج الذين تقطعت بهم السبل. باستخدام جدول الشفرة الوراثية، حدد بنية جزء جزيء البروتين المشفر بواسطة هذا القسم من الحمض النووي:

AAA – TTT – YYY – CCC

TTT – AAA – TCC – YYY.

حل:

نظرًا لأن mRNA يتم تصنيعه دائمًا على شريط واحد فقط من الحمض النووي، والذي يتم تصويره عادةً كتابيًا على أنه الشريط العلوي، إذن

مرنا: UUU – AAA – CCC – YGG؛

قطعة بروتينية مشفرة بالسلسلة العلوية: fen-lys-pro-gly.

المهمة 2 : قسم من الحمض النووي يحتوي على تسلسل النيوكليوتيدات التالي:

TGT-ATSA-TTA-AAA-CCT. تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الرنا المرسال وتسلسل الأحماض الأمينية في البروتين الذي يتم تصنيعه تحت سيطرة هذا الجين.

الجواب: الحمض النووي: AGG-CCT-TAT-YYY-CGA

مرنا: UCC-GGA-AUA-CCC-GCU

البروتين: سير --- جلي --- إيزو --- برو --- علاء

الآن دعونا نستمع رسائل مثيرة للاهتمامالتي قمت بإعدادها.

"حقائق مثيرة للاهتمام حول الجين"

"الشفرة الجينية"

"النسخ والبث"

سادسا .تلخيص الدرس.

1) خاتمة الدرس: واحدة من أهم العمليات التي تحدث في الخلية هي تخليق البروتين. تحتوي كل خلية على آلاف البروتينات، بما في ذلك البروتينات الفريدة لهذا النوع من الخلايا. لأنه في عملية الحياة، كل البروتينات عاجلا أم آجلابعد تدميرها، يجب على الخلية تصنيع البروتينات بشكل مستمر لاستعادة أغشيتها وعضياتها وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، تنتج العديد من الخلايا بروتينات لتلبية احتياجات الكائن الحي بأكمله، على سبيل المثال، خلايا الغدد الصماء التي تفرز هرمونات البروتين في الدم. في مثل هذه الخلايا، يكون تخليق البروتين مكثفًا بشكل خاص. يتطلب تخليق البروتين الكثير من الطاقة. مصدر هذه الطاقة، كما هو الحال بالنسبة لجميع العمليات الخلوية، هو ATP.

2) معدل عمل مستقلالطلاب وعملهم في المجلس. قم أيضًا بتقييم نشاط المشاركين في المحادثة والمتحدثين.

V ثانيا . العمل في المنزل:

كرر § 2.13.

حل الكلمات المتقاطعة:

1. تسلسل محدد من النيوكليوتيدات يقع في بداية كل جين.

2. انتقال تسلسل النيوكليوتيدات لجزيء mRNA إلى تسلسل AK لجزيء البروتين.

3. علامة بدء البث.

4. حامل للمعلومات الوراثية الموجود في نواة الخلية.

5. خاصية للشفرة الوراثية تزيد من موثوقية تخزين ونقل المعلومات الوراثية أثناء انقسام الخلايا.

6. قسم من الحمض النووي يحتوي على معلومات حول التركيب الأساسي لبروتين واحد.

7. تسلسل من ثلاثة نيوكليوتيدات DNA تقع واحدة تلو الأخرى.

8. جميع الريبوسومات التي تصنع البروتين على جزيء mRNA واحد.

9. عملية ترجمة المعلومات الخاصة بتسلسل AK في البروتين من "لغة DNA" إلى "لغة RNA".

10. الكودون الذي لا يرمز لـ AK، ولكنه يشير فقط إلى أنه يجب إكمال تخليق البروتين.

11. البنية، حيث يتم تحديد تسلسل AK في جزيء البروتين.

12. من الخصائص المهمة للشفرة الوراثية أن الثلاثي الواحد يشفر دائمًا AK واحد فقط.

13. "علامة الترقيم" في جزيء DNA تشير إلى ضرورة إيقاف تخليق mRNA.

14. الشفرة الوراثية... لجميع الكائنات الحية من البكتيريا إلى الإنسان.

- ما يصل إلى دقيقتين

- كلمة تمهيدية للمعلم

-35 دقيقة

-10 دقائق

-مدرس

-1 طالب في المجلس

-الطلاب يكتبون في الدفاتر

-مدرس

- من المكان

-الشريحة 1 و 2

-الشريحة 3

-الشريحة 4

-الشريحة 5

-الشريحة 6

-الشريحة 7 و 8

-الشريحة 9 و10

-الشريحة 11 و12

-الشريحة 13

-الشريحة 14

-الشريحة 15 و16

-الشريحة 17 و18

-الشريحة 19 و 20

-الانتقال المنطقي

-الشريحة 21

-مدرس

-25 دقيقة

-مدرس

-مدرس

-الشريحة 22

-مدرس

-الشريحة 23

-الشريحة 24

-الشريحة 25

-15 دقيقة

الشريحة 27

-المجموعة رقم 1

- بشكل فردي على البطاقات

-المجموعة رقم 2

- بشكل فردي على البطاقات

-30 دقيقة

-مُعد

-الشريحة 29

-10 دقائق (درس واحد)

-10 دقائق (درسان)

-10 دقائق (3 دروس)

-5 دقائق

-مدرس

-3 دقائق

-الشريحة 30

-على البطاقات

تحتوي كل خلية على آلاف البروتينات. يتم تحديد خصائص البروتينات من خلال الهيكل الأساسي ، أي. تسلسل الأحماض الأمينية في جزيئاتها.

وفي المقابل، يتم تضمين المعلومات الوراثية حول البنية الأولية للبروتين في تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي. وتسمى هذه المعلومات الوراثية ، ويسمى الجزء من الحمض النووي الذي يحتوي على معلومات حول البنية الأولية لبروتين واحد الجين .

الجين هو جزء من الحمض النووي يحتوي على معلومات حول البنية الأولية لبروتين واحد.

الجين هو وحدة المعلومات الوراثية في الكائن الحي.

يحتوي كل جزيء DNA على العديد من الجينات. وتشكله مجموع كل جينات الكائن الحي النمط الجيني .

التخليق الحيوي للبروتين

يعد التخليق الحيوي للبروتين أحد أنواع استقلاب البلاستيك، حيث يتم من خلاله تنفيذ المعلومات الوراثية المشفرة في جينات الحمض النووي في تسلسل محدد من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين.

تتكون عملية التخليق الحيوي للبروتين من مرحلتين: النسخ والترجمة.

يتم تحفيز كل مرحلة من مراحل التخليق الحيوي بواسطة إنزيم مناظر ويتم تزويدها بطاقة ATP.

يحدث التخليق الحيوي في الخلايا بسرعة هائلة. في جسم الحيوانات العليا، يتم تكوين ما يصل إلى \(60\) ألف رابطة ببتيدية في دقيقة واحدة.

النسخ

النسخ هي عملية إزالة المعلومات من جزيء DNA بواسطة جزيء mRNA (mRNA) الذي تم تصنيعه عليه.

حامل المعلومات الوراثية هو الحمض النووي الموجود في نواة الخلية.

أثناء النسخ، يتم "تفكيك" جزء من الحمض النووي المزدوج، ثم يتم تصنيع جزيء mRNA على أحد الخيوط.

يتكون Messenger RNA من سلسلة واحدة ويتم تصنيعه على DNA وفقًا لقاعدة التكامل.

يتم تشكيل سلسلة mRNA، وهي نسخة طبق الأصل من سلسلة الحمض النووي الثانية (غير القالبية) (يتم تضمين اليوراسيل فقط بدلاً من الثيمين). هذه هي الطريقة التي تتم بها ترجمة المعلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين من "لغة الحمض النووي" إلى "لغة الحمض النووي الريبي".

كما هو الحال في أي تفاعل كيميائي حيوي آخر، يشارك إنزيم في هذا التخليق - بوليميريز الحمض النووي الريبي .

وبما أن جزيء DNA واحد يمكن أن يحتوي على العديد من الجينات، فمن المهم جدًا أن يبدأ بوليميراز RNA في تخليق mRNA بدقة صارمة. مكان محددالحمض النووي. لذلك، في بداية كل جين يوجد تسلسل خاص ومحدد من النيوكليوتيدات يسمى المروج. يتعرف بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) على المحفز ويتفاعل معه، وبالتالي يبدأ تركيب سلسلة mRNA من المكان الصحيح.

يستمر الإنزيم في تصنيع mRNA حتى يصل إلى "علامة الترقيم" التالية في جزيء DNA - فاصل (هذا تسلسل نيوكليوتيد يشير إلى أنه يجب إيقاف تخليق mRNA).

في بدائيات النوىيمكن لجزيئات الرنا المرسال المُصنَّعة أن تتفاعل على الفور مع الريبوسومات وتشارك في تخليق البروتين.

في حقيقيات النوىيتم تصنيع mRNA في النواة، لذلك يتفاعل أولاً مع بروتينات نووية خاصة ويتم نقله عبر الغشاء النووي إلى السيتوبلازم.

إذاعة

الترجمة هي ترجمة تسلسل النيوكليوتيدات لجزيء mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية لجزيء البروتين.

يجب أن يحتوي السيتوبلازم في الخلية على مجموعة كاملة من الأحماض الأمينية اللازمة لتخليق البروتين. وتتشكل هذه الأحماض الأمينية نتيجة تكسير البروتينات التي يتلقاها الجسم مع الطعام، ويمكن تصنيع بعضها في الجسم نفسه.

انتبه!

يتم تسليم الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). يمكن لأي حمض أميني أن يدخل الريبوسوم فقط عن طريق الارتباط بـ tRNA خاص).

يتم ربط الريبوسوم في نهاية الرنا المرسال الذي يجب أن يبدأ منه تخليق البروتين. ويتحرك على طول mRNA بشكل متقطع، "بسرعة"، ويتوقف عند كل ثلاثة توائم لمدة \(0.2\) ثانية تقريبًا.

خلال هذا الوقت، يتمكن جزيء tRNA، الذي يكون الكودون المضاد الخاص به مكملاً للكودون الموجود في الريبوسوم، من التعرف عليه. يتم فصل الحمض الأميني الذي كان مرتبطًا بهذا الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) عن ساق الحمض النووي الريبي (tRNA) ويتم ربطه لتكوين رابطة ببتيدية بسلسلة البروتين المتنامية. في نفس اللحظة، يقترب الحمض النووي الريبي (tRNA) التالي (الذي يكون مضاد الكودون مكملاً للثلاثي التالي في mRNA) من الريبوسوم، ويتم تضمين الحمض الأميني التالي في السلسلة المتنامية.

يتم توجيه الأحماض الأمينية التي يتم تسليمها إلى الريبوسومات بالنسبة لبعضها البعض بحيث تكون مجموعة الكربوكسيل في جزيء واحد مجاورة للمجموعة الأمينية لجزيء آخر. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل رابطة الببتيد بينهما.

يتحرك الريبوسوم تدريجيًا على طول mRNA، ويتوقف عند الثلاثة توائم التالية. هذه هي الطريقة التي يتشكل بها جزيء البولي ببتيد (البروتين) تدريجيًا.

يستمر تخليق البروتين حتى يتواجد أحد الثلاثة على الريبوسوم رموز التوقف (UAA، UAG أو UGA). بعد ذلك، يتم فصل سلسلة البروتين عن الريبوسوم، وتدخل السيتوبلازم وتشكل الهياكل الثانوية والثالثية والرباعية المتأصلة في هذا البروتين.

نظرًا لأن الخلية تحتاج إلى العديد من جزيئات كل بروتين، فبمجرد تحرك الريبوسوم، الذي كان أول من بدأ تخليق البروتين على mRNA، للأمام، يتم تعليق ريبوسوم ثانٍ خلفه على نفس mRNA. ثم يتم ربط الريبوسومات التالية بالتتابع على mRNA.

تقوم جميع الريبوسومات بتصنيع نفس البروتين المشفر في شكل mRNA معين متعدد الجسيمات . في الجسيمات المتعددة يحدث التوليف المتزامن للعديد من جزيئات البروتين المتطابقة.

عند اكتمال تصنيع بروتين معين، يمكن للريبوسوم العثور على mRNA آخر والبدء في تصنيع بروتين آخر.

المخطط العام لتخليق البروتينالمعروضة في الشكل.

تعتبر عملية التخليق الحيوي للبروتين مهمة للغاية بالنسبة للخلية. وبما أن البروتينات مواد معقدةوالتي تلعب دورًا رئيسيًا في الأنسجة، فهي لا يمكن تعويضها. لهذا السبب، يتم تنفيذ سلسلة كاملة من عمليات التخليق الحيوي للبروتين في الخلية، والتي تحدث في العديد من العضيات. وهذا يضمن تكاثر الخلايا وإمكانية وجودها.

جوهر عملية التخليق الحيوي للبروتين

المكان الوحيد لتخليق البروتين هو المكان الخام. يوجد هنا الجزء الأكبر من الريبوسومات المسؤولة عن تكوين سلسلة البولي ببتيد. ومع ذلك، قبل أن تبدأ مرحلة الترجمة (عملية تخليق البروتين)، يلزم تنشيط الجين الذي يقوم بتخزين المعلومات حول بنية البروتين. بعد ذلك، يلزم نسخ هذا القسم من الحمض النووي (أو الحمض النووي الريبي، إذا تم أخذ التخليق الحيوي البكتيري في الاعتبار).

بعد نسخ الحمض النووي، تكون عملية إنشاء الحمض النووي الريبي المرسال مطلوبة. على أساسه، سيتم تنفيذ تخليق سلسلة البروتين. علاوة على ذلك، فإن جميع المراحل التي تحدث بمشاركة الأحماض النووية يجب أن تحدث في هذا المكان، ولكن ليس هذا هو المكان الذي يحدث فيه تخليق البروتين. حيث يتم التحضير للتخليق الحيوي.

التخليق الحيوي لبروتين الريبوسوم

المكان الرئيسي الذي يحدث فيه تخليق البروتين هو عضية خلوية تتكون من وحدتين فرعيتين. مثل هذه الهياكل في الخلية كمية ضخمة، وتقع بشكل رئيسي على أغشية الشبكة الإندوبلازمية الخشنة. يحدث التخليق الحيوي نفسه على النحو التالي: يخرج الحمض النووي الريبي المرسال المتكون في نواة الخلية من خلال المسام النووية إلى السيتوبلازم ويلتقي بالريبوسوم. يتم بعد ذلك دفع mRNA إلى الفجوة بين وحدات الريبوسوم الفرعية، وبعد ذلك يتم تثبيت الحمض الأميني الأول.

يتم إمداد الأحماض الأمينية إلى المكان الذي يحدث فيه تخليق البروتين بمساعدة جزيء واحد يمكن أن يجلب حمضًا أمينيًا واحدًا في المرة الواحدة. يتم ربطها بدورها اعتمادًا على تسلسل كودون الرسول RNA. أيضا، قد يتوقف التوليف لبعض الوقت.

عند التحرك على طول mRNA، يمكن للريبوسوم الدخول إلى مناطق (إنترونات) لا ترمز للأحماض الأمينية. في هذه الأماكن، يتحرك الريبوسوم ببساطة على طول mRNA، ولكن لا تتم إضافة أي أحماض أمينية إلى السلسلة. بمجرد وصول الريبوسوم إلى الإكسون، أي المنطقة التي ترمز للحمض، فإنه يعيد الارتباط بالبولي ببتيد.

تعديل ما بعد التخليق للبروتينات

بعد أن يصل الريبوسوم إلى كود التوقف للرنا المرسال، تكتمل عملية التركيب المباشر. ومع ذلك، فإن الجزيء الناتج له بنية أولية ولا يمكنه بعد أداء الوظائف المخصصة له. لكي يعمل الجزيء بشكل كامل، يجب أن يتم تنظيمه في بنية معينة: ثانوية، أو ثالثية، أو حتى أكثر تعقيدًا - رباعية.

التنظيم الهيكلي للبروتين

الهيكل الثانوي - المرحلة الأولى التنظيم الهيكلي. ولتحقيق ذلك، يجب أن تلتف سلسلة البولي ببتيد الأولية (تشكل حلزونات ألفا) أو تطوى (إنشاء صفائح بيتا). بعد ذلك، ومن أجل شغل مساحة أقل على طوله، يتم تقليص الجزيء بشكل أكبر وتلفه على شكل كرة بسبب الروابط الهيدروجينية والتساهمية والأيونية، بالإضافة إلى التفاعلات بين الذرات. وهكذا نحصل على كروية

هيكل البروتين الرباعي

الهيكل الرباعي هو الأكثر تعقيدًا على الإطلاق. يتكون من عدة أقسام ذات بنية كروية متصلة بواسطة خيوط ليفية من عديد الببتيد. بالإضافة إلى ذلك، قد يحتوي التركيب الثلاثي والرباعي على بقايا كربوهيدرات أو دهون، مما يوسع نطاق وظائف البروتين. على وجه الخصوص، البروتينات السكرية والبروتينات والكربوهيدرات هي جلوبيولين مناعي وتؤدي وظيفة وقائية. توجد البروتينات السكرية أيضًا على أغشية الخلايا وتعمل كمستقبلات. ومع ذلك، لا يتم تعديل الجزيء في مكان حدوث تخليق البروتين، ولكن في الشبكة الإندوبلازمية الملساء. هنا توجد إمكانية ربط الدهون والمعادن والكربوهيدرات بمجالات البروتين.