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A molécula de RNA também é um polímero, cujos monômeros são ribonucleotídeos, o RNA é uma molécula de fita simples. Ele é construído da mesma forma que uma das fitas de DNA. Os nucleotídeos de RNA são semelhantes aos nucleotídeos de DNA, embora não sejam idênticos a eles. Existem também quatro deles, e consistem em resíduos de uma base nitrogenada, pentose e ácido fosfórico. As três bases nitrogenadas são exatamente as mesmas do DNA: MAS, G e C. No entanto, em vez de T O DNA no RNA contém uma base pirimidina de estrutura semelhante, uracil ( No). A principal diferença entre DNA e RNA é a natureza do carboidrato: nos nuclídeos de DNA, o monossacarídeo é a desoxirribose e, no RNA, é a ribose. A ligação entre os nucleotídeos é realizada, como no DNA, por meio de um açúcar e um resíduo de ácido fosfórico. Ao contrário do DNA, cujo conteúdo é constante nas células de certos organismos, o conteúdo de RNA neles flutua. É visivelmente maior onde ocorre a síntese intensiva.

Em relação às funções desempenhadas, distinguem-se vários tipos de RNA.

Transferir RNA (ARNt). As moléculas de tRNA são as mais curtas: consistem em apenas 80-100 nucleotídeos. O peso molecular dessas partículas é de 25 a 30 mil. Os RNAs de transporte estão contidos principalmente no citoplasma da célula. Sua função é transferir aminoácidos para os ribossomos, para o sítio de síntese proteica. Do conteúdo total de RNA das células, o tRNA é responsável por cerca de 10%.

RNA ribossomal (rRNA). São moléculas grandes: incluem 3-5 mil nucleotídeos, respectivamente, seu peso molecular atinge 1-1,5 milhão.Os RNAs ribossômicos compõem uma parte essencial do ribossomo. Do conteúdo total de RNA na célula, o rRNA é responsável por cerca de 90%.

RNA mensageiro (RNAm), ou RNA mensageiro (mRNA), encontrado no núcleo e no citoplasma. Sua função é transferir informações sobre a estrutura da proteína do DNA para o sítio de síntese proteica nos ribossomos. A parcela de mRNA é responsável por aproximadamente 0,5-1% do conteúdo total de RNA da célula. O tamanho do mRNA varia amplamente - de 100 a 10.000 nucleotídeos.

Todos os tipos de RNA são sintetizados no DNA, que serve como uma espécie de molde.

O DNA é o portador da informação hereditária.

Cada proteína é representada por uma ou mais cadeias polipeptídicas. A seção do DNA que carrega informações sobre uma cadeia polipeptídica é chamada de genoma. A totalidade das moléculas de DNA em uma célula atua como portadora de informação genética. A informação genética é transmitida das células-mãe para as células-filhas e dos pais para os filhos. O gene é a unidade genética, ou informações hereditárias.

O DNA é o portador da informação genética na célula - não participa diretamente na síntese de proteínas. Nas células eucarióticas, as moléculas de DNA estão contidas nos cromossomos do núcleo e são separadas por uma membrana nuclear do citoplasma, onde as proteínas são sintetizadas. Para os ribossomos - locais de montagem de proteínas - é enviado do núcleo um transportador de informação, capaz de passar pelos poros do envelope nuclear. O RNA mensageiro (mRNA) é um intermediário. De acordo com o princípio da complementaridade, é sintetizado no DNA com a participação de uma enzima chamada RNA- polimerase.

O RNA mensageiro é uma molécula de fita simples, e a transcrição vem de uma fita de uma molécula de DNA de fita dupla. Não é uma cópia de toda a molécula de DNA, mas apenas parte dela - um gene em eucariotos ou um grupo de genes adjacentes que carregam informações sobre a estrutura de proteínas necessárias para desempenhar uma função em procariontes. Esse grupo de genes é chamado operão. No início de cada operon há uma espécie de local de pouso para a RNA polimerase chamada promotor.esta é uma sequência específica de nucleotídeos de DNA que a enzima "reconhece" devido à afinidade química. Somente ligando-se ao promotor, a RNA polimerase é capaz de iniciar a síntese de RNA. Ao chegar ao final do operon, a enzima encontra um sinal (na forma de uma certa sequência de nucleotídeos) indicando o fim da leitura. O mRNA finalizado se afasta do DNA e vai para o local da síntese de proteínas.

Existem quatro etapas no processo de transcrição: 1) Ligação de RNA- polimerase com um promotor; 2) iniciação- o início da síntese. Consiste na formação da primeira ligação fosfodiéster entre ATP ou GTP e o segundo nucleotídeo da molécula de RNA sintetizada; 3) alongamento– crescimento da cadeia de RNA; Essa. a adição sequencial de nucleotídeos uns aos outros na ordem em que seus nucleotídeos complementares estão na fita de DNA transcrita. A taxa de alongamento é de 50 nucleotídeos por segundo; quatro) terminação- conclusão da síntese de RNA.

Depois de passar pelos poros do envelope nuclear, o mRNA é enviado aos ribossomos, onde a informação genética é decifrada - é traduzida da "linguagem" dos nucleotídeos para a "linguagem" dos aminoácidos. A síntese de cadeias polipeptídicas de acordo com o molde de mRNA, que ocorre nos ribossomos, é chamada de transmissão(lat. tradução - tradução).

Os aminoácidos, a partir dos quais as proteínas são sintetizadas, são entregues aos ribossomos com a ajuda de RNAs especiais chamados RNAs de transporte (tRNAs). Existem tantos tRNAs diferentes em uma célula quanto códons que codificam aminoácidos. No topo da "folha" de cada tRNA há uma sequência de três nucleotídeos que são complementares aos nucleotídeos do códon no mRNA. Eles a chamam anticódon. Uma enzima especial - a codase - reconhece o tRNA e atribui ao "pecíolo foliar" um aminoácido - apenas aquele que é codificado por um tripleto complementar ao anticódon. A energia de uma molécula de ATP é gasta na formação de uma ligação covalente entre o tRNA e seu “próprio” aminoácido.

Para que um aminoácido seja incluído na cadeia polipeptídica, ele deve se separar do tRNA. Isso se torna possível quando o tRNA entra no ribossomo e o anticódon reconhece seu códon no mRNA. O ribossomo tem dois sítios para a ligação de duas moléculas de tRNA. Uma dessas áreas, denominada aceitante, o tRNA entra com um aminoácido e se liga ao seu códon (I). Esse aminoácido se liga a si mesmo (aceita) a cadeia crescente de proteína (II)? Uma ligação peptídica é formada entre eles. tRNA, que agora está ligado junto com o códon de mRNA em doador seção do ribossomo. Um novo tRNA chega ao sítio aceitador vago, ligado ao aminoácido, que é criptografado pelo próximo códon (III). A partir do sítio doador, a cadeia polipeptídica destacada é novamente transferida para cá e estendida por mais um elo. Os aminoácidos na cadeia em crescimento estão conectados na sequência em que os códons que os codificam estão localizados no mRNA.

Quando um dos três trigêmeos é encontrado no ribossomo ( UAA, UAG, UGA), que são "marcas de pontuação" entre genes, nenhum tRNA pode ocupar um lugar no sítio aceitador. O fato é que não existem anticódons complementares às sequências nucleotídicas dos "pontuações". A cadeia destacada não tem nada para se ligar no sítio aceitador e deixa o ribossomo. A síntese de proteínas está completa.

Nos procariontes, a síntese de proteínas começa com o códon AGO, localizado em primeiro lugar na cópia de cada gene, ocupa tal posição no ribossomo que o anticódon de um tRNA especial interage com ele, conectado com formilmentina. Essa forma modificada do aminoácido metionina entra imediatamente no sítio doador e desempenha o papel de uma letra maiúscula na frase - a síntese de qualquer cadeia polipeptídica começa com ela na célula bacteriana. Quando o trio AGO não está em primeiro lugar, mas dentro de uma cópia do gene, ele codifica o aminoácido metionina. Após a conclusão da síntese da cadeia polipeptídica, a formilmetionina é clivada e está ausente na proteína finalizada.

Para aumentar a produção de proteínas, o mRNA muitas vezes passa simultaneamente não um, mas vários ribossomos. Que estrutura unida por uma molécula de mRNA é chamada polissoma. Em cada ribossomo, proteínas idênticas são sintetizadas nesta linha de montagem em forma de pérola.

Os aminoácidos são continuamente fornecidos aos ribossomos pelo tRNA. Tendo doado o aminoácido, o tRNA deixa o ribossomo e é conectado com a ajuda de uma codase. A alta coerência de todos os "serviços da planta" para a produção de proteínas permite, em poucos segundos, sintetizar cadeias polipeptídicas compostas por centenas de aminoácidos.

Propriedades do código genético. Através do processo de transcrição em uma célula, a informação é transferida do DNA para a proteína.

DNA → mRNA → proteína

A informação genética contida no DNA e mRNA está contida na sequência de nucleotídeos nas moléculas.

Como ocorre a tradução da informação da "linguagem" dos nucleotídeos para a "linguagem" dos aminoácidos? Esta tradução é realizada usando o código genético. código ou cifra, é um sistema de símbolos para traduzir uma forma de informação em outra. Código genéticoé um sistema para registrar informações sobre a sequência de aminoácidos em proteínas usando a sequência de nucleotídeos no mRNA.

Quais são as propriedades do código genético?

código triplo. O RNA contém quatro nucleotídeos: A, G, C, W. Se tentássemos designar um aminoácido com um nucleotídeo, 16 dos 20 aminoácidos permaneceriam não criptografados. Um código de duas letras codificaria 16 aminoácidos. A natureza criou um código de três letras, ou tripleto. Significa que cada um dos 20 aminoácidos é codificado por uma sequência de três nucleotídeos chamada tripleto ou códon.

O código é degenerado. Significa que cada aminoácido é codificado por mais de um códon. Exceções: meteonina e triptofano, cada um dos quais é codificado por um tripleto.

O código é inequívoco. Cada códon codifica apenas um aminoácido.

Existem "sinais de pontuação" entre os genes. No texto impresso, há um ponto no final de cada frase. Várias frases relacionadas compõem um parágrafo. Na linguagem da informação genética, tal parágrafo é um operon e seu mRNA complementar. Cada gene no operon procariótico ou um gene eucariótico individual codifica uma cadeia polipeptídica - uma frase. Como em alguns casos várias cadeias polipeptídicas diferentes são criadas sequencialmente no molde de mRNA, elas devem ser separadas umas das outras. Para isso, existem três trigêmeos especiais no ano genético - UAA, UAG, UGA, cada um dos quais indica a cessação da síntese de uma cadeia polipeptídica. Assim, esses trigêmeos desempenham a função de sinais de pontuação. Eles estão no final de cada gene.

Não há "sinais de pontuação" dentro do gene.

O código é universal. O código genético é o mesmo para todas as criaturas que vivem na Terra. Em bactérias e fungos, trigo e algodão, peixes e vermes, sapos e humanos, os mesmos trigêmeos codificam os mesmos aminoácidos.

Princípios de replicação do DNA. A continuidade do material genético nas gerações de células e organismos é assegurada pelo processo replicação - duplicação de moléculas de DNA. Este processo complexo é realizado por um complexo de várias enzimas e proteínas que não possuem atividade catalítica, que são necessárias para dar às cadeias polinucleotídicas a conformação desejada. Como resultado da replicação, duas hélices duplas idênticas de DNA são formadas. Essas chamadas moléculas filhas não são diferentes umas das outras e da molécula de DNA original. A replicação ocorre na célula antes da divisão, de modo que cada célula filha recebe exatamente as mesmas moléculas de DNA que a célula mãe tinha. O processo de replicação é baseado em vários princípios:

Somente neste caso, as DNA polimerases são capazes de se mover ao longo das fitas-mãe e usá-las como moldes para a síntese livre de erros das fitas-filhas. Mas o desenrolamento completo das hélices, consistindo em muitos milhões de pares de bases, está associado a um número tão significativo de rotações e a custos de energia que são impossíveis em condições de célula. Portanto, a replicação em eucariotos começa simultaneamente em alguns locais da molécula de DNA. A região entre dois pontos onde começa a síntese das cadeias filhas é chamada de réplica. Ele é unidade de replicação.

Cada molécula de DNA em uma célula eucariótica contém muitos replicons. Em cada replicon, pode-se ver uma forquilha de replicação - aquela parte da molécula de DNA que já se desvendou sob a ação de enzimas especiais. Cada fita na forquilha serve como molde para a síntese de uma fita filha complementar. Durante a replicação, a forquilha se move ao longo da molécula-mãe, enquanto novas seções de DNA são destorcidas. Como as DNA polimerases podem se mover apenas em uma direção ao longo das fitas da matriz, e as fitas são orientadas antiparalelamente, dois complexos enzimáticos diferentes são sintetizados simultaneamente em cada forquilha. Além disso, em cada fork, uma cadeia filha (principal) cresce continuamente, e a outra cadeia (atrasada) é sintetizada por fragmentos separados com vários nucleotídeos de comprimento. Tais enzimas, em homenagem ao cientista japonês que as descobriu fragmentos de Okazaki são ligados pela DNA ligase para formar uma cadeia contínua. O mecanismo de formação de cadeias filhas de fragmentos de DNA é chamado de descontínuo.

A necessidade do primer DNA polimerase não é capaz de iniciar a síntese da fita líder, nem a síntese dos fragmentos de Okazaki da fita atrasada. Ele só pode construir uma cadeia de polinucleotídeos já existente ligando sequencialmente desoxirribonucleotídeos à sua extremidade 3'-OH. De onde vem a extremidade 5' inicial da fita de DNA em crescimento? É sintetizado no molde de DNA por uma RNA polimerase especial chamada primaz(Primário Inglês - semente). O tamanho do primer ribonucleotídeo é pequeno (menos de 20 nucleotídeos) em comparação com o tamanho da cadeia de DNA formada pela DNA pomerase. Cumpriu seu Funções O primer de RNA é removido por uma enzima especial, e a lacuna formada durante isso é reparada pela DNA polimerase, que usa a extremidade 3'-OH do fragmento de Okazaki vizinho como primer.

O problema da sub-replicação das extremidades das moléculas de DNA linear. Remoção de primers de RNA extremos, complementar às extremidades 3' de ambas as fitas da molécula de DNA parental linear, leva ao fato de que as fitas filhas são menores que 10-20 nucleotídeos. Este é o problema da sub-replicação das extremidades das moléculas lineares.

O problema da sub-replicação das extremidades 3' das moléculas de DNA linear é resolvido por células eucarióticas usando uma enzima especial - telomerase.

A telomerase é uma DNA polimerase que completa as moléculas de DNA do terminal 3' dos cromossomos com sequências curtas de repetição. Eles, localizados um após o outro, formam uma estrutura terminal regular de até 10 mil nucleotídeos de comprimento. Além da parte proteica, a telomerase contém RNA, que atua como molde para estender o DNA com repetições.

Esquema de alongamento das extremidades das moléculas de DNA. Primeiro, ocorre a ligação complementar da extremidade saliente do DNA ao local do molde do RNA da telomerase, então a telomerase constrói o DNA usando sua extremidade 3'-OH como semente e o RNA, que é parte da enzima, como molde. Esta fase é chamada de alongamento. Depois disso, ocorre a translocação, ou seja, movimento do DNA, estendido por uma repetição, em relação à enzima. Isto é seguido por alongamento e outra translocação.

Como resultado, são formadas estruturas terminais especializadas de cromossomos. Eles consistem em sequências curtas de DNA repetidas repetidamente e proteínas específicas.

A estrutura dos ácidos nucléicos

Ácidos nucleicos – biopolímeros contendo fosfo de organismos vivos que asseguram a preservação e transmissão de informações hereditárias.

Macromoléculas de ácidos nucléicos foram descobertas em 1869 pelo químico suíço F. Miescher nos núcleos de leucócitos encontrados no esterco. Mais tarde, os ácidos nucleicos foram encontrados em todas as células de plantas e animais, fungos, bactérias e vírus.

Observação 1

Existem dois tipos de ácidos nucleicos - desoxirribonucléico (DNA) e ribonucléico (RNA).

Como você pode ver pelos nomes, a molécula de DNA contém o açúcar pentose desoxirribose, e a molécula de RNA contém ribose.

Agora é conhecido um grande número de variedades de DNA e RNA, que diferem entre si em estrutura e significado no metabolismo.

Exemplo 1

A célula bacteriana de E. coli contém cerca de 1.000 variedades de ácidos nucléicos e em animais e plantas - ainda mais.

Cada espécie de organismo tem seu próprio conjunto desses ácidos. O DNA está localizado principalmente nos cromossomos do núcleo da célula (% do DNA total da célula), bem como nos cloroplastos e nas mitocôndrias. O RNA é encontrado no citoplasma, nucléolos, ribossomos, mitocôndrias e plastídios.

A molécula de DNA consiste em duas cadeias de polinucleotídeos, torcidas em espiral uma em relação à outra. Os manguais são dispostos antiparalelamente, ou seja, 3 pontas e 5 pontas.

Os componentes estruturais (monômeros) de cada uma dessas cadeias são nucleotídeos. Nas moléculas de ácido nucleico, o número de nucleotídeos varia - de 80 nas moléculas de RNA de transporte a várias dezenas de milhares no DNA.

Qualquer nucleotídeo de DNA contém uma das quatro bases nitrogenadas ( adenina, timina, citosina e guanina), desoxirribose e resíduo de ácido fosfórico.

Observação 2

Os nucleotídeos diferem apenas nas bases nitrogenadas, entre as quais existem laços familiares. Timina, citosina e uracila são bases de pirimidina, enquanto adenina e guanina são bases de purina.

Os nucleotídeos vizinhos em uma cadeia polinucleotídica estão ligados por ligações covalentes formadas entre a desoxirribose de uma molécula de DNA (ou RNA ribose) de um nucleotídeo e o resíduo de ácido fosfórico de outro.

Observação 3

Embora existam apenas quatro tipos de nucleotídeos em uma molécula de DNA, devido a uma mudança na sequência de sua localização em uma longa cadeia, as moléculas de DNA alcançam uma enorme diversidade.

Duas cadeias de polinucleotídeos são combinadas em uma única molécula de DNA usando ligações de hidrogênio, que são formadas entre as bases nitrogenadas dos nucleotídeos de diferentes cadeias.

Ao mesmo tempo, adenina (A) só pode combinar com timina (T) e guanina (G) só pode combinar com citosina (C). Como resultado, em vários organismos, o número de nucleotídeos de adenil é igual ao número de nucleotídeos de timidil, e o número de nucleotídeos de guanil é igual ao número de nucleotídeos de citidil. Tal padrão é chamado "Regra de Chargaff". Assim, a sequência de nucleotídeos em uma cadeia é determinada de acordo com sua sequência em outra.

Essa capacidade dos nucleotídeos de combinar seletivamente é chamada de complementaridade, e essa propriedade garante a formação de novas moléculas de DNA com base na molécula original (replicação).

Observação 4

A dupla hélice é estabilizada por inúmeras ligações de hidrogênio (duas entre A e T, três entre G e C) e interações hidrofóbicas.

O diâmetro do DNA é de 2 nm, o passo da hélice é de 3,4 nm e cada volta contém 10 pares de bases.

O comprimento da molécula de ácido nucleico atinge centenas de milhares de nanômetros. Isso excede significativamente a maior macromolécula de proteína, cujo comprimento na forma desdobrada não é superior a 100-200 nm.

Autoduplicação da molécula de DNA

Cada divisão celular, sujeita à estrita observância da sequência nucleotídica, é precedida pela replicação de uma molécula de DNA.

Começa com o fato de que a dupla hélice do DNA está temporariamente destorcida. Isso ocorre sob a ação das enzimas DNA topoisomerase e DNA helicase. A DNA polimerase e a DNA primase catalisam a polimerização de trifosfatos de nucleosídeos e a formação de uma nova cadeia.

A precisão da replicação é assegurada pela interação complementar (A - T, G - C) das bases nitrogenadas da cadeia da matriz que está sendo construída.

Observação 5

Cada cadeia polinucleotídica é um molde para uma nova cadeia complementar. Como resultado, duas moléculas de DNA são formadas, uma metade de cada uma das quais vem da molécula original e a outra é sintetizada recentemente.

Além disso, novas cadeias são sintetizadas primeiro na forma de fragmentos curtos e, em seguida, esses fragmentos são “reticulados” em cadeias longas por uma enzima especial.

As duas novas moléculas de DNA formadas são uma cópia exata da molécula original devido à replicação.

Este processo é a base para a transmissão da informação hereditária, que é realizada nos níveis celular e do organismo.

Observação 6

A característica mais importante da replicação do DNA é sua alta precisão, garantida por um complexo especial de proteínas - a “máquina de replicação”.

Funções da "máquina de replicação":

• produz carboidratos que formam um par complementar com os nucleotídeos da cadeia matriz matriz;
• atua como um catalisador na formação de uma ligação covalente entre a extremidade da cadeia em crescimento e cada novo nucleotídeo;
• corrige a fita removendo nucleotídeos que estão mal colocados.

O número de erros na "máquina de replicação" é muito pequeno, menos de um erro por 1 bilhão de nucleotídeos.

No entanto, há casos em que a “máquina de replicação” pode pular ou inserir algumas bases extras, incluindo C em vez de T ou A em vez de G. Cada substituição da sequência de nucleotídeos na molécula de DNA é um erro genético e é chamado de mutação. Em todas as gerações subsequentes de células, esses erros serão reproduzidos novamente, o que pode levar a consequências negativas visíveis.

Tipos de RNA e suas funções

O RNA é uma única cadeia polinucleotídica (alguns vírus têm duas cadeias).

Monômeros são ribonucleotídeos.

Bases nitrogenadas em nucleotídeos:

• adenina (A);*
• guanina (G);
• citosina (C);
• uracil (U).*

Monossacarídeo - ribose.

Na célula, está localizado no núcleo (nucléolo), mitocôndrias, cloroplastos, ribossomos e citoplasma.

É sintetizado por síntese de matriz de acordo com o princípio da complementaridade em uma das fitas de DNA, não é capaz de replicação (auto-duplicação) e é lábil.

Existem diferentes tipos de RNA que diferem em tamanho molecular, estrutura, localização celular e função.

Baixo peso molecular RNA de transferência (tRNA) constituem cerca de 10% da quantidade total de RNA celular.

No processo de transferência de informação genética, cada tRNA pode anexar e transferir apenas um determinado aminoácido (por exemplo, lisina) aos ribossomos, o local da síntese de proteínas. Mas há mais de um tRNA para cada aminoácido. Portanto, existem muito mais de 20 tRNAs diferentes que diferem em sua estrutura primária (têm uma sequência de nucleotídeos diferente).

RNA ribossômico (rRNA) compõem até 85% de todas as células de RNA. Sendo parte dos ribossomos, eles desempenham assim uma função estrutural. Além disso, o rRNA participa da formação do centro ativo do ribossomo, onde as ligações peptídicas são formadas entre as moléculas de aminoácidos durante a biossíntese de proteínas.

Com informação, ou matriz, RNA (mRNA) síntese de proteínas é programada na célula. Embora seu conteúdo na célula seja relativamente baixo - cerca de 5% - da massa total de todos os RNAs da célula, os mRNAs estão em primeiro lugar em termos de importância, pois transferem diretamente o código do DNA para a síntese de proteínas. Cada proteína celular codifica um mRNA específico. Isso é explicado pelo fato de que o RNA durante sua síntese recebe informações do DNA sobre a estrutura da proteína na forma de uma sequência copiada de nucleotídeos e a transfere para o ribossomo para processamento e implementação.

Observação 7

A importância de todos os tipos de RNA reside no fato de serem um sistema funcionalmente integrado destinado à implementação na célula da síntese de proteínas específicas para ela.

Estrutura química e papel do ATP no metabolismo energético

Ácido adenosina trifosfórico (ATP ) é encontrado em todas as células - no hialoplasma (fração solúvel do citoplasma), mitocôndrias, cloroplastos e núcleo.

Ele fornece energia para a maioria das reações que ocorrem na célula. Com a ajuda do ATP, a célula é capaz de se mover, sintetizar novas moléculas de proteínas, gorduras e carboidratos, livrar-se de produtos de decomposição, realizar transporte ativo, etc.

A molécula de ATP é formada por uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos, ribose e três resíduos de ácido fosfórico. Os grupos fosfato na molécula de ATP são interconectados por ligações de alta energia (macroérgicas).

Como resultado da clivagem hidrolítica do grupo fosfato final, ácido adenosina difosfórico (ADP) e a energia é liberada.

Após a eliminação do segundo grupo fosfato, ácido adenosina monofosfórico (AMP) e outra porção de energia é liberada.

O ATP é formado a partir de ADP e fosfato inorgânico devido à energia que é liberada durante a oxidação de substâncias orgânicas e no processo de fotossíntese. Este processo é chamado de fosforilação. Neste caso, deve-se utilizar pelo menos 40 kJ/mol de ATP, acumulado em suas ligações macroérgicas.

Isso significa que o principal significado dos processos de respiração e fotossíntese é que eles fornecem energia para a síntese de ATP, com a participação da qual um número significativo de diferentes processos ocorre na célula.

O ATP é restaurado de forma extremamente rápida. Exemplo Em humanos, cada molécula de ATP é quebrada e renovada novamente 2.400 vezes por dia, portanto, a duração média de sua vida é inferior a 1 minuto.

A síntese de ATP é realizada principalmente nas mitocôndrias e cloroplastos. O ATP, que foi formado, através dos canais do retículo endoplasmático, entra nas partes da célula onde a energia é necessária.

Qualquer tipo de atividade celular ocorre devido à energia que é liberada durante a hidrólise do ATP. A energia restante (cerca de 50%), que é liberada durante a quebra de moléculas de proteínas, gorduras, carboidratos e outros compostos orgânicos, é dissipada na forma de calor e se dissipa e não tem significado prático para a vida da célula.

Presente na molécula de RNA em vez de timina. Os nucleotídeos de RNA contêm ribose em vez de desoxirribose. Em uma cadeia de RNA, os nucleotídeos são ligados por ligações covalentes entre a ribose de um nucleotídeo e o resíduo de ácido fosfórico de outro.

No corpo, o RNA é encontrado na forma de complexos com proteínas - ribonucleoproteínas.

Existem 2 tipos de moléculas de RNA:

1) Os RNAs de fita dupla são característicos de alguns vírus - servem para armazenar e reproduzir informações hereditárias (desempenham as funções dos cromossomos).

2) Na maioria das células, os RNAs de fita simples realizam a transferência de informações sobre a sequência de aminoácidos nas proteínas do cromossomo para o ribossomo.

Os RNAs de fita simples têm organização espacial: devido à interação de bases nitrogenadas entre si, bem como com fosfatos e hidroxilas do esqueleto açúcar-fosfato, a cadeia é dobrada em uma estrutura compacta, como um glóbulo. Função: transferir do cromossomo para o ribossomo informações sobre a sequência de AA nas proteínas a serem sintetizadas.

Existem vários tipos de RNA de fita simples de acordo com sua função ou localização na célula:

1. RNA ribossômico (rRNA) compõe a maior parte do RNA citoplasmático (80-90%). Dimensões 3000-5000 pares de bases. Estrutura secundária na forma de grampos de dupla hélice. O rRNA é um componente estrutural dos ribossomos - organelas celulares onde ocorre a síntese de proteínas. Os ribossomos estão localizados no citoplasma, nucléolo, mitocôndrias e cloroplastos. Consistem em duas subunidades - grandes e pequenas. A subunidade pequena consiste em uma molécula de rRNA e 33 moléculas de proteína, a subunidade grande consiste em 3 moléculas de rRNA e 50 proteínas. As proteínas ribossomais desempenham funções enzimáticas e estruturais.

funções do rRNA:

1) componente estrutural ribossomo- sua integridade é necessária para a biossíntese de proteínas;

2) garantir a correta ligação do ribossomo ao mRNA;

3) garantir a correta ligação do ribossomo ao t-RNA;

2. Matriz (mRNA) - 2-6% da quantidade total de RNA.

Consiste em seções:

1) cístrons - determinam a sequência de AK nas proteínas que codificam, possuem uma sequência nucleotídica única;

2) regiões não traduzidas estão localizadas nas extremidades da molécula, possuem padrões comuns de composição de nucleotídeos.

Cap - uma estrutura especial na extremidade 5' do mRNA - é o trifosfato de 7-metilguanosina, que é formado enzimaticamente durante a transcrição.

Funções da tampa:

1) protege a extremidade 5' da clivagem por exonucleases,

2) é usado para reconhecimento específico de mRNA durante a tradução.

Região não traduzida pré-cistrônica - 3-15 nucleotídeos. Função: garantir a interação correta da extremidade 5' do mRNA com o ribossomo.

Cistron: contém códons de iniciação e terminação - sequências especiais de nucleotídeos responsáveis ​​pelo início e fim da transferência de informações de um determinado cístron.

A região pós-cistrônica não traduzida - localizada na extremidade 3', contém um hexanucleotídeo (geralmente AAUAAAA) e uma cadeia de 20-250 adenilnucleotídeos. A função é manter a estabilidade intracelular do mRNA.

3. RNAs de transferência (tRNAs) - 15% do RNA total, consiste em 70-93 pares de bases. Função: transferência de um aminoácido para o sítio de síntese proteica, “reconhecer” (de acordo com o princípio da complementaridade) a região do mRNA correspondente ao aminoácido transferido. Para cada um dos 20 AAs, existem tRNAs específicos (geralmente mais de um). Todos os tRNAs têm uma estrutura complexa em folha de trevo.

O trevo contém 5 seções:

1) extremidade 3' - ramo aceptor (o resíduo AA está ligado aqui por uma ligação éter),

2) ramo antikydon - localizado em frente ao sítio aceptor, consiste em três nucleotídeos não pareados (com ligações livres) (anticódon) e especificamente pares (antiparalelo, complementar) com o códon do mRNA.

códon- um conjunto de 3 nucleotídeos (tripleto) no mRNA, que determina o lugar de um determinado aminoácido na cadeia polipeptídica sintetizada. Esta é uma unidade do código genético, com a ajuda da qual toda a informação genética é “registrada” em moléculas de DNA e RNA.

3) Ramo T (alça pseudouredina - contém pseudouredina) - um local que se liga ao ribossomo.

4) Ramo D (alça desidrouredina - contém desidrouredina) - sítio que proporciona interação com a enzima aminoacil-tRNA sintetase correspondente ao aminoácido.

5) Ramo pequeno adicional. As funções ainda não foram exploradas.

6) RNA nuclear (nRNA) - um componente do núcleo da célula. Polímero baixo, estável, cujo papel ainda não está claro.

Todos os tipos de RNA são sintetizados no núcleo da célula na matriz de DNA sob a ação de enzimas. polimerases. Nesse caso, é formada uma sequência de ribonucleotídeos complementar à sequência de desoxirribonucleotídeos no DNA - esse é o processo de transcrição.

O RNA, como o DNA, é um polinucleotídeo. A estrutura dos nucleotídeos de RNA com a do DNA, mas existem as seguintes diferenças:

• Em vez de desoxirribose, os nucleotídeos de RNA contêm um açúcar de cinco carbonos, a ribose;
• Em vez da base nitrogenada da timina, uracila;
• A molécula de RNA é geralmente representada por uma cadeia (em alguns vírus, duas);

Existem nas células três tipos de ARN: informacional, de transporte e ribossomal.

Informativo O RNA (i-RNA) é uma cópia de uma determinada seção do DNA e atua como transportador da informação genética do DNA para o sítio de síntese proteica (ribossomo) e está diretamente envolvido na montagem de suas moléculas.

Transporte O RNA (tRNA) transporta aminoácidos do citoplasma para os ribossomos.

O RNA ribossômico (rRNA) faz parte dos ribossomos. Acredita-se que o r-RNA fornece uma certa relação espacial i-RNA e t-RNA.

O papel do RNA no processo de realização da informação hereditária.

As informações hereditárias, escritas usando o código genético, são armazenadas nas moléculas de DNA e se multiplicam para fornecer às células recém-formadas as "instruções" necessárias para seu desenvolvimento e funcionamento normais. Ao mesmo tempo, o DNA não participa diretamente do suporte de vida das células. O papel de um intermediário, cuja função é traduzir a informação hereditária armazenada no DNA em uma forma funcional, é desempenhado por ácidos ribonucleicos - RNA.

Ao contrário das moléculas de DNA, os ácidos ribonucleicos são representados por uma cadeia polinucleotídica, que consiste em quatro tipos de nucleotídeos contendo açúcar, ribose, fosfato e uma das quatro bases nitrogenadas - adenina, guanina, uracila ou citosina. O RNA é sintetizado em moléculas de DNA usando enzimas RNA polimerase em conformidade com o princípio de complementaridade e antiparalelismo, e o uracil é complementar ao DNA adenina no RNA. Toda a variedade de RNAs que atuam na célula pode ser dividida em três tipos principais: mRNA, tRNA, rRNA.

De acordo com a organização química do material de hereditariedade e variabilidade, as células eucarióticas e procarióticas não diferem fundamentalmente umas das outras. Seu material genético é representado pelo DNA. Comum a eles é o princípio de registro da informação genética, assim como o código genético. Os mesmos aminoácidos são criptografados em pró e eucariotos com os mesmos códons. Em princípio, o uso de informações hereditárias armazenadas no DNA é realizado da mesma forma nesses tipos de células. Primeiro, ela é transcrita na sequência de nucleotídeos da molécula de mRNA e depois traduzida na sequência de aminoácidos do peptídeo nos ribossomos com a participação do tRNA. No entanto, algumas características da organização do material hereditário, que distinguem as células eucarióticas das procarióticas, causam diferenças no uso de suas informações genéticas.

O material hereditário de uma célula procariótica está contido principalmente em uma única molécula de DNA circular. Ele está localizado diretamente no citoplasma da célula, onde também existem tRNAs e enzimas necessárias para a expressão gênica, alguns dos quais estão contidos nos ribossomos. Os genes procarióticos consistem inteiramente em sequências de nucleotídeos codificantes que são realizadas durante a síntese de proteínas, tRNA ou rRNA.

O material hereditário dos eucariotos é maior em volume do que o dos procariontes. Está localizado principalmente em estruturas nucleares especiais - cromossomos que são separados do citoplasma pelo envoltório nuclear. O aparato necessário para a síntese de proteínas, composto por ribossomos, tRNA, um conjunto de aminoácidos e enzimas, está localizado no citoplasma da célula.

Existem diferenças significativas na organização molecular dos genes em células eucarióticas. A maioria deles tem sequências de codificação exons interrompido íntron sítios que não são usados ​​na síntese de t-RNA, r-RNA ou peptídeos. O número dessas regiões varia em diferentes genes, essas regiões são removidas do RNA primário transcrito e, portanto, o uso da informação genética em uma célula eucariótica ocorre de maneira um pouco diferente. Em uma célula procariótica, onde o material hereditário e o aparato para a biossíntese de proteínas não estão espacialmente separados, a transcrição e a tradução ocorrem quase simultaneamente. Em uma célula eucariótica, esses dois estágios não são apenas espacialmente separados pelo envelope nuclear, mas também são separados no tempo pelos processos de maturação do mRNA, dos quais sequências não informativas devem ser removidas.

Além dessas diferenças em cada estágio da expressão da informação genética, algumas características do curso desses processos em pró e eucariotos podem ser notadas.

Candidato de Ciências Biológicas S. GRIGOROVICH.

No início de sua história, quando o homem adquiriu a razão, e com ela a capacidade de pensar abstratamente, tornou-se prisioneiro de uma necessidade irresistível de explicar tudo. Por que o sol e a lua brilham? Por que os rios correm? Como é o mundo? Claro, uma das mais importantes era a questão da essência dos vivos. A nítida diferença entre os vivos, em crescimento, e os mortos, imóveis, era impressionante demais para ser ignorada.

O primeiro vírus descrito por D. Ivanovsky em 1892 é o vírus do mosaico do tabaco. Graças a essa descoberta, ficou claro que existem seres vivos mais primitivos que a célula.

O microbiologista russo D.I. Ivanovsky (1864-1920), fundador da virologia.

Em 1924, A. I. Oparin (1894-1980) sugeriu que na atmosfera da Terra jovem, que consistia de hidrogênio, metano, amônia, dióxido de carbono e vapor de água, aminoácidos poderiam ser sintetizados, que então se combinaram espontaneamente em proteínas.

O biólogo americano Oswald Avery demonstrou convincentemente em experimentos com bactérias que são os ácidos nucléicos os responsáveis ​​pela transmissão das propriedades hereditárias.

Estrutura comparativa de RNA e DNA.

Estrutura espacial bidimensional da ribozima do organismo mais simples Tetrahymena.

Representação esquemática do ribossomo, uma máquina molecular para a síntese de proteínas.

Esquema do processo de "evolução in vitro" (método Selex).

Louis Pasteur (1822-1895) foi o primeiro a descobrir que cristais de uma mesma substância - ácido tartárico - podem ter duas configurações espaciais simétricas em espelho.

No início da década de 1950, Stanley Miller, da Universidade de Chicago (EUA), fez o primeiro experimento que simulava as reações químicas que poderiam ocorrer nas condições de uma Terra jovem.

Moléculas quirais, como aminoácidos, são simétricas em espelho, como as mãos esquerda e direita. O próprio termo "quiralidade" vem da palavra grega "chiros" - mão.

Teoria do mundo RNA.

Ciência e vida // Ilustrações

Em cada estágio da história, as pessoas ofereceram sua própria solução para o enigma do aparecimento da vida em nosso planeta. Os antigos, que não conheciam a palavra "ciência", encontraram uma explicação simples e acessível para o desconhecido: "Tudo o que está ao redor já foi criado por alguém". Foi assim que os deuses apareceram.

Desde o nascimento das civilizações antigas no Egito, na China e depois no berço da ciência moderna - Grécia, até a Idade Média, as observações e opiniões de "autoridades" serviram como o principal método de conhecer o mundo. Observações constantes atestaram inequivocamente que os vivos, sob certas condições, surgem do inanimado: mosquitos e crocodilos - da lama do pântano, moscas - da comida podre e ratos - da roupa suja polvilhada com trigo. Só é importante observar uma certa temperatura e umidade.

Os "cientistas" europeus da Idade Média, apoiando-se no dogma religioso da criação do mundo e na incompreensibilidade dos planos divinos, consideravam possível argumentar sobre a origem da vida apenas no âmbito da Bíblia e dos escritos religiosos. A essência do que Deus criou não pode ser compreendida, mas só pode ser "especificada" usando informações de textos sagrados ou sob a influência da inspiração divina. Testar hipóteses naquela época era considerado falta de educação, e qualquer tentativa de questionar a opinião da santa igreja era considerada um ato desagradável, heresia e sacrilégio.

O conhecimento da vida estava pisando na água. As realizações dos filósofos da Grécia antiga permaneceram o auge do pensamento científico por dois mil anos. Os mais significativos deles foram Platão (428/427 - 347 aC) e seu discípulo Aristóteles (384 - 322 aC). Platão, entre outras coisas, propôs a ideia de animar a matéria inicialmente inanimada devido à infusão nela de uma alma imortal não material - "psique". Foi assim que surgiu a teoria da geração espontânea de seres vivos a partir de seres não vivos.

A grande palavra para "experiência" científica veio com o Renascimento. Levou dois mil anos para uma pessoa decidir duvidar da imutabilidade das declarações autorizadas de cientistas antigos. Um dos primeiros aventureiros que conhecemos foi o médico italiano Francisco Redi (1626 - 1698). Ele realizou um experimento extremamente simples, mas eficaz: colocando um pedaço de carne em vários recipientes, um deles coberto com um pano denso, outros com gaze e o terceiro aberto. O fato de as larvas de mosca se desenvolverem apenas em recipientes abertos (nos quais as moscas podiam pousar), mas não em recipientes fechados (que ainda tinham acesso ao ar), contradizia nitidamente as crenças dos defensores de Platão e Aristóteles sobre uma força vital incompreensível correndo o ar e transformando matéria inanimada em matéria viva.

Este e experimentos semelhantes marcaram o início de um período de batalhas ferozes entre dois grupos de cientistas: os vitalistas e os mecanicistas. A essência da disputa era a pergunta: "O funcionamento (e aparência) dos seres vivos pode ser explicado por leis físicas que também são aplicáveis ​​à matéria inanimada?" Os vitalistas lhe responderam negativamente. "Uma célula - apenas de uma célula, todas as coisas vivas - apenas de um vivo!" Essa posição, proposta em meados do século XIX, tornou-se a bandeira do vitalismo. O mais paradoxal nessa disputa é que ainda hoje, conhecendo a natureza "inanimada" dos átomos e moléculas que compõem nosso corpo e geralmente concordando com o ponto de vista mecanicista, os cientistas não têm confirmação experimental da possibilidade da origem da vida celular da matéria inanimada. Ninguém ainda conseguiu "compor" mesmo a célula mais primitiva a partir de "detalhes" "inorgânicos" presentes fora dos organismos vivos. Portanto, o ponto final dessa disputa que marcou época ainda não foi colocado.

Então, como a vida poderia ter surgido na Terra? Compartilhando as posições dos mecanicistas, é certamente mais fácil imaginar que a vida teve que surgir primeiro de uma forma muito simples, organizada de forma primitiva. Mas, apesar da simplicidade da estrutura, ela ainda deve ser Vida, ou seja, algo que tenha um conjunto mínimo de propriedades que distinguem o vivo do não-vivo.

O que são essas propriedades críticas para a vida? O que realmente distingue os vivos dos não vivos?

Até o final do século 19, os cientistas estavam convencidos de que todos os seres vivos são construídos a partir de células, e essa é a diferença mais óbvia entre ele e a matéria inanimada. Isso foi considerado antes da descoberta dos vírus, que, embora menores que todas as células conhecidas, podem infectar ativamente outros organismos, multiplicar-se neles e produzir descendentes com as mesmas (ou muito semelhantes) propriedades biológicas. O primeiro vírus a ser descoberto, o vírus do mosaico do tabaco, foi descrito pelo cientista russo Dmitry Ivanovsky (1864-1920) em 1892. Desde então, ficou claro que criaturas mais primitivas que as células também podem reivindicar o direito de serem chamadas de Vida.

A descoberta dos vírus, e depois de formas ainda mais primitivas de seres vivos - os viróides, acabou por possibilitar a formulação do conjunto mínimo de propriedades necessárias e suficientes para que o objeto em estudo seja chamado de vivo. Primeiro, deve ser capaz de reproduzir sua própria espécie. Essa, porém, não é a única condição. Se a hipotética substância primordial da vida (por exemplo, uma célula ou molécula primitiva) fosse capaz de simplesmente produzir cópias exatas de si mesma, ela não seria capaz de sobreviver nas condições ambientais em mudança na jovem Terra e na formação de outros , formas mais complexas (evolução) se tornariam impossíveis. Portanto, nossa suposta "substância da primeira vida" primitiva pode ser definida como algo que se arranja da forma mais simples possível, mas ao mesmo tempo capaz de mudar e transmitir suas propriedades aos descendentes.