что такое матричный синтез
Матричный характер реакции биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
Содержание:
Матричный характер реакции биосинтеза
Термин «матрица» употребляется, когда речь идет об отливке или повторения формы монет, медальонов, типографского шрифта. Форма для отливки точно копирует все детали, не упуская ни малейшей мелочи и не допуская лишних фрагментов. Матричный синтез похож на этот процесс: новые молекулы белка создаются по плану, который заложен в структуре ДНК.
Реакции матричного синтеза позволяют сохранять определенную последовательность мономерных звеньев в полимерной, длинной цепочке белка. Роль матрицы выполняет ДНК, информация с которой попадает на и- РНК. Полученные мономеры «сходят с конвейера» и собираются в одно место в клетке. За счет катализаторов, ускоряющих процесс, он проходит быстро и четко, без сбоев.
Расположение нуклеотидов ДНК и аминокислот белка в строгой последовательности, помогает фиксировать их на матрице, а затем собирать в белковую макромолекулу, «сшивая» определенные участки. Готовый полимер сходит с матрицы, и начинается синтез новой молекулы.
Важно! Благодаря матричному синтезу возможно воспроизведение себе подобных клеток и организмов. Он помогает сохранять уникальный наследственный материал каждого организма.
Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
Биосинтез белка представляет собой вариант пластического обмена, при котором наследственная информация, собранная в ДНК, реализуется в форме конкретной белковой молекулы. Полученная генетическая информация проявляется в признаках организма за счет специфичных белков.
Белок синтезируется в цитоплазме на рибосомах и этот процесс называется трансляцией. Последовательность процесса биосинтеза белковой молекулы выглядит следующим образом:
К сведению: Скорость биосинтеза белковой макромолекулы большая. У высших животных в 1 мин формируется до 60 тыс. новых цепочек полипептида, соединенных в конкретной последовательности. Из 20 аминокислот создаются комбинации в больших количествах за счет разной длины и последовательности.
Генетическая информация надежно хранится в каждой клетке, участвуя в создании важной и основной структуры – белка, который отвечает за ход метаболизма. Синтез белка – сложный и четко отлаженный процесс, благодаря которому люди обладают общими и отличительными чертами.
Матричный синтез как специфическое свойство живого
Матричный синтез 3 типа:
Фермент экзонуклеаза удал праймеры. ДНК-полимераза достраивает фрагменты Оказаки, фермент лигаза сшивает их.
— РНК-полимераза I синтезир рРНК
— РНК-полимераза II синтезир иРНК
— РНК-полимераза III синтезир тРНК
РНК-полимераза связыв-ся с молекулой ДНК в области промотора. Промотор – это участок ДНК, отмечающий начало транскрипции. Он расположен перед структурным геном. Присоединившись к промотору, РНК-полимераза раскручивает участок двойной спирали ДНК и раздел комплемент-ые цепи. Одна из двух цепей – смысловая – служит матрицей для синтеза РНК. Нуклеотиды РНК комплементарны нуклеотидам смысловой цепи ДНК. Транскрипция идёт от 5′ конца к её 3′ концу. РНК-полимераза отдел синтезиров-ый уч-к РНК от матрицы и восстанавливает двойную спираль ДНК. Транскрипция продолжается до тех пор, пока РНК-полимераза не доёдет до терминатора. Терминатор – это уч-к ДНК, обозначающий конец транскрипции. Достигнув терминатора, РНК-полимераза отделяется и от матричной ДНК и от новосинтезированной молекулы РНК.
Транскр-я дел на 3 этапа:
Инициация –присоед-е РНК-полимеразыи помогающих ей белков-факторов транскрипции к ДНК и начало их работы.
Элонгация-наращив- полинуклеот-ой цепи РНК.
Терминация-оконч-е синтеза мол-лы РНК.
Трансляция дел на 3 этапа.
Инициация-сборка рибосомы на инициирующем кодоне иРНК и начало её работы. Инициация начинается с того, что с иРНК соедин-ся малая субъединица рибосомы и тРНК, несущая метионин, к-рый соответствует инициирующему кодону АУГ. Затем к этому комплексу присоедин-ся большая субъединица. В рез-те инициирующий кодон оказыв-ся в пептидильном центре рибосомы, а в аминоацильном центре наход-ся первый значащий кодон. К нему подходят различные тРНК, а останется в рибосоме только та, антикодон к-рой комплементарен кодону. Между комплемент-ми нуклеотидами кодона и антикодона образ-ся водородные связи. В итоге в рибосоме с иРНК оказыв-ся временно связаны две тРНК. Кажд тРНК принесла в рибосому а/к, зашифрованную кодоном иРНК. Между этими а/к образ-ся пептидная связь. После этого тРНК, принесшая метионин, отдел-ся от своей а/к и от иРНК и уходит из рибосомы. Рибосома перемещ-ся на один триплет от 5′ конца к 3′ концу иРНК.
Элонгация – процесс наращив-я полип-ой цепочки. В аминоацильный центр рибосомы будут подходить различн тРНК. Процесс узнавания тРНК и поцесс формирования пептидной связи будет повтор-ся до тех пор, пока в аминоацильном центре рибосомы не окажется стоп-кодон.
Терминация – заверш-е синтеза полипептида и диссоциация рибосомы на две субъединицы. Существ три стоп-кодона: УАА, УАГ и УГА. Когда один из них оказыв-ся в аминоацильном центре рибосомы, с ним связыв-ся белок – фактор терминации трансляции. Это вызывает распад всего комплекса.
Наука
In the coming weeks, this wiki’s URL will be migrated to the primary fandom.com domain. Read more here
Матричный синтез
Матричный cинтез — реакции полимеризации и поликонденсации, при которых строение образующегося полимера и (или) кинетика процесса определяются другими макромолекулами — матрицами, находящимися в непосредственном контакте с молекулами одного или нескольких мономеров и растущими цепями.
Термин «матричный синтез» обычно используют при описании синтеза нуклеиновых кислот и белков. При рассмотрении способов получения других полимеров используют иные термины — матричные полиреакции, полимеризация, поликонденсация. Такой матричный синтез реализуется при условии химического и пространственного соответствия ( комплементарности ) мономеров и растущей цепи, с одной стороны, и матрицы — с другой; при этом элементарные акты осуществляются между мономерами и растущими макромолекулами (а также олигомерами — при матричной поликонденсации), связанными с матрицей.
Структурный матричный эффект проявляется в способности матрицы влиять на длину и химическое строение дочерних цепей (в том числе их пространственную структуру), а если в матричном синтезе участвуют два или более мономера — то также на состав сополимера и способ чередования звеньев.
Методом матричного синтеза получают полимер-полимерные комплексы, обладающие более упорядоченной структурой, чем поликомплексы, синтезируемые простым смешением растворов полимеров, а также поликомплексы, которые нельзя получить из готовых полимеров вследствие нерастворимости одного из них. Матричный синтез — перспективный метод получения новых полимерных материалов.
главная > справочник > химическая энциклопедия:
Матричный синтез
Термин «матричный синтез » обычно используют при описании синтеза нуклеиновых кислот и белков. а при рассмотрении способов получения др. полимеров пользуются такими терминами, как матричные полиреакции, полимеризация, поликонденсация. Лит.: Кабанов В. А., Паписов И. М., «Высокомолекулярные соединения», сер. А, 1979, т. 21, № 2, с. 243-81; Картина О. В. [и др.], «ДАН СССР», 1984, т. 275, №3, с. 657-60; Литманович А. А., Марков С. В., Паписов И. М., «Высокомолекулярные соединения», сер. А, 1986, т. 28, №6, с. 1271-78; Ferguson J., Al-Alawi S., Graumayen R., «European Polymer Journall», 1983, v. 19, № 6, p. 475-80; Polоwinski S., «J. Polymer. Sci.», Polimer Chemistry Edition, 1984, v. 22, № 11, p. 2887-94. И. М. Паписов.
2. Химические реакции, в которых строение образующегося мономолекулярного органического соединения и (или) кинетика процесса определяется атомом металла (так называемый темплатный синтез).
Атом металла может входить в состав соли или комплексного соединения и выполнять в матричном синтезе различные функции. Он координирует молекулы и тем самым ориентирует их реагирующие фрагменты (так называемый кинетический эффект в матричном синтезе); в этом случае образование целевого продукта без участия в реакции атома металла вообще не происходит. Атом металла может связывать в комплекс только один из конечных продуктов, которые образуются в равновесной реакции (так называемый термодинамический эффект в матричном синтезе); образование целевого продукта может происходить и в отсутствие металла, однако под влиянием последнего выход реакции существенно возрастает. Часто оба эти механизма проявляются одновременно. Известны случаи, когда равновесная реакция осуществляется на стадии образования промежуточного продукта. Последний фиксируется в виде металлокомплекса, и дальнейшее превращение идет специфическим образом (так называемый равновесный эффект в матричном синтезе). Возможны и другие механизмы матричного синтеза.
Важное значение приобрел матричный синтез краун-эфиров в присутствии ионов щелочных или щелочноземельных металлов (М). Матричный эффект ионов М n+ обусловлен их способностью к реорганизации пространственного строения молекулы открытоцепного реагента в конфигурацию, удобную для замыкания цикла. При этом обеспечивается большая прочность координационных связей в переходном состоянии, чем в комплексе М n+ с открытоцепной молекулой. Возникает прямой предшественник макроциклического комплекса, в котором соблюдается соответствие между диаметром М n+ и размером полости макроцикла.
Ионы атомов металла, размеры которых меньше или больше определенного размера (разного для различных соединений), после осуществления матричного синтеза могут и не входить в координационную полость конечного макроцикла. Так, при конденсации фурана с ацетоном в кислой среде без ионов металла образуется полимер линейного строения; выход циклического тетрамера IV незначителен. В присутствии LiClO 4 выход линейного продукта резко падает, а основным направлением становится образование макрогетероцикла IV:
В подобных реакциях связывание катиона металла посторонними и более сильными комплексообразователями, например краун-эфирами, блокирует матричный синтез.
В присутствии 1,10-фенантролина образуется комплекс VII, в котором ацетилен занимает 2 разобщенных положения. Катализатор при этом отравляется и циклизация не происходит.
В некоторых случаях матричный синтез могут вызывать и ионы водорода; макроцикл как бы наращивается на протоны, действующие в паре на таком расстоянии между ними, которое минимально допустимо с точки зрения кулоновского отталкивания, например:
Матричный синтез имеет важное значение для изучения механизмов реакций. Кроме чисто топологической функции подготовки и сближения реакционных центров, ионы металлов стабилизируют неустойчивые промежуточные соединения, облегчая их выделение и исследование. С помощью матричного синтеза получены многочисленные циклические соединения, используемые в различных областях.
Лит.: Гэрбэлэу Н. В., Реакции на матрицах, Киш., 1980; Дзиомко В. М., «Химия гетероциклических соединений», 1982, № 1, с. 3 18; Mandolini L., «Pure and Appl. Chem.», 1986, v.58, № 11, p. 1485-92. 3. В. Тодрес.
Что такое матричный синтез
Матричными называются такие процессы, при которых на основе первичной структуры одного биополимера, называемой матрицей, синтезируется первичная структура другого биополимера, называемого копией, причем структура матрицы определяет структуру копии. К матричным процессам относятся:
1.биосинтез ДНК или репликация;
2.биосинтез РНК или транскрипция;
3. биосинтез белка или трансляция.
Любой матричный процесс можно разбить на 3 фазы:
1.начало синтеза или инициация
2.продолжение синтеза или элонгация
3.окончание синтеза или терминация.
Это ферментативные процессы, кроме того, требующие затраты не ферментных белковых факторов. Это энергозависимые процессы, которые требуют затраты энергии в виде АТФ или ГТФ. Ведущим правилом всех матричных процессов является правило комплиментарности. В ходе первых двух процессов, которые в основном осуществляются в ядре клетки, матрицей является нуклеиновые кислоты и копией нуклеиновые кислоты. В процессе транскрибции матрицей является нуклеиновая кислота, а копия полипептидная цепь.
Обычно у клеточных организмов матрица это ДНК и копия ДНК. У вирусов возможны варианты: у так называемых ретровирусов матрицей является РНК копией ДНК (например, вирус СПИДа), у рибовирусов, которые содержат молекулы РНК, встречаются случаи, когда матрицей является РНК, а копией РНК (например, вирус гриппа). У ДНК-содержащих вирусов и матрицей, и копией является ДНК (вирусы паразитирующих бактерий). Репликация-это матричный процесс, в ходе которого на основе одной двуцепочечной молекулы синтезируется две дочернии молекулы двуцепочечной ДНК идентичные как друг другу, так и материнской молекуле. Этот процесс идет перед делением клетки и необходим для нормального распределения генетической информации по дочерним клеткам. Репликация идет полуконсервативным способом это значит, что в каждую дочернюю молекулу ДНК входит как материнская, так и вновь образованная дочерняя цепь.
Матрицами в процессе репликации является одноцепочечные ДНК, полученные из двуцепочечной ДНК, за счет разрыва водородных связей, поэтому копии, образуются на матрице не идентичны, а комплиментарны друг другу. С другой стороны правило комплиментарности, и полуконсервативный способ синтеза приводит к тому, что образованные дочернии молекулы идентичны друг другу и материнской.
Центральным ферментом данного процесса является фермент ДНК-зависимая-ДНК-полимераза.
ДНК-полимераза в качестве субстрата может использовать только нуклеозидтрифосфат т.е. к растущей копии могут присоединиться только нуклеотиды;
ДНК-полимераза не способна начинать синтез, а способна наращивать 3’ конец уже имеющейся нуклеотидной цепочке, следовательно, для работы ДНК-полимеразы нужна «затравка».
ДНК-полимераза может работать только в одном направлении наращивать только 3’ конец. Поскольку синтез копии идет всегда антипараллельны матрице, то копия синтезируется от 5’ к 3’. У проккориот встречаются только два типа полимераз: полимераза 1 и полимераза 2. У эукориот: полимераза α, полимераза β, полимераза ε, полимераза δ, полимераза γ (в метохондриях).
Для всех ядерных полимераз характерны определенные особенности, связанные с репликацией:
Полимераза α может синтезировать только небольшие фрагменты ДНК, именно она может присоединятся к «затравке» и наращивать 3’ конец; полимераза ε синтезирует очень длинные фрагменты ДНК; полимераза γ синтезирует средние фрагменты ДНК. Как и любой матричный процесс, репликация требует участия ферментов белковых факторов, энергии в виде АТФ. Делится на три стадии:
Комплекс белка и точки- ori опознается ферментами хеликазой, которые начинают разрывать водородные связи в А=Т парах, в результате чего образуется репликационный глазок.
По обе стороны от репликационного глазка двуцепочечная ДНК суперсперализуется. Проблему суперсперализации решает фермент топоизомераза.
Еще одной проблемой является создание затравки т.к. ДНК-полимераза не может начинать синтез, однако синтез может начинать ДНК-зависимая-РНК-полимераза, которая называется проймаза, она по правилу комплиментарности строит на матрице фрагмент РНК или праймер, который и является затравкой. Построение праймера идет от 5’ к 3’ концу.
К праймеру присоединяется ДНК-полимераза α, которая может наращивать 3’ конец РНК.
На этом этапе инициация заканчивается.
2. элонгация – осуществляется с помощью ферментов ДНК-пол ε и ДНК-пол δ
на нижнюю часть нашего рисунка садится пол ε, которая может синтезировать длинные нуклеотидные последовательности. Полимераза может только наращивать 3’ конец, следовательно, на нижней цепи по нашему рисунку идет непрерывный синтез, такая цепь называется лидирующая. На верхней цепи по нашему рисунку синтез копии также идет от 5’ к 3’ за счет работы пол-δ.
На верхней цепи по нашему рисунку происходит многократная инициация т.к. пол-δ может наращивать только 3’ в результате синтез будет фрагментарным, и фрагменты ДНК получили название фрагменты Оказаки, такая цепь называется отстающая.
Это матричный процесс в ходе, которого на матрице одноцепочечной ДНК синтезируется одноцепочечная РНК (для всех клеточных организмов), у вирусов возможны варианты: на матриц РНК синтезируется копия РНК. Существуют единицы транскрипции, которые были названы транскриптонами и которые гораздо короче репликонов. Каждый транскриптон включает в себя 3 участка:
1. инициация начинается с района, который получил название инициатора. Он делится на два отдела:
регулятор, промотор. Регулятор необходим для присоединения регуляторных молекул, которые могут активировать или тормозить процесс транскрипции. К промотору в начале транскрипции присоединяется транскрибирующий фактор и только после этого комплекс промотор + Тф опознается
РНК-полимераза. Для промотора характерно наличие так называемого ТАТА-бокса. После образования комплекса промотор+ТФ к нему присоединяется РНК-полимераза. Она обладает рядом особенностей:
В качестве субстрата используются рибонуклеазы;
Может сама начинать синтез, построение «затравки» не нужно;
Способна наращивать только 3’ конец, т.е. работать в направлении от 5’ к 3’;
Обладает хеликазной активностью.
Присоединение ТФ необходимо для того, чтобы РНК-полимераза могла: опознать промотор, сойти с промотора на кодирующую область. После того как РНК-полимераза сходит на кодирующую область процесс инициации заканчивается. ТФ может остаться в ТАТА-боксе, либо сходит с ТАТА-бокса.
2. элонгация заключается в построении молекулы РНК по правилу комплиментарности от 5’ к 3’ концу. Между дезоксирибонуклеотидами и рибонуклеатидами нет полного соответствия, они слабо реагируют друг с другом и не образуют прочных водородных связей, поэтому копия практически сразу же сходит с матрицы. По мере прохождения РНК-полимераза ДНК восстанавливает свою нормальную структуру в виде двойной спирали.
3. терминация. Терминатор содержит специальную последовательность нуклеотидов, которые могут связываться с терминирующим фактором. У эукориот таких факторов много, у прокариот ρ-фактор, ξ-фактор. Присоединение терминирующих факторов приводит к образованию шпилек на ДНК и РНК-полимераза не может двигаться дальше. Она сходит с первичного транскриптона, и затем они диссоциирует. Для синтеза молекулы РНК используется только одна цепь ДНК в транскриптоне. Выбор цепи определяется положении промотора. Первичные транскрипты нефункциональны и поэтому подвергаются различным модификациям. В общем виде они получили название процессинг или созревание РНК.