матрица в биологии что это такое
Транскрипция и трансляция
Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.
Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.
Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)
Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.
Примеры решения задачи №1
Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.
«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»
По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.
Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).
Пример решения задачи №2
«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»
Пример решения задачи №3
Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.
Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Биологические матрицы и биосинтез белка
Как видно из названия этой статьи, речь сегодня пойдет о биологических матрицах — молекулах нуклеиновых кислот.
Причиной, побудившей меня, репетитора биологии по Скайпу, обсуждать с вами данную тему, явилось вот что.
Любые базисные понятия «устройства» жизни могут быть хорошо поняты лишь основываясь на двух четких взаимообусловливающих представлениях:
«что из чего состоит» и «какие функции выполняет». Так вот, что касается состава и строения нуклеиновых кислот — ДНК и РНК — это учащимися обычно выучивается (или вызубривается), а именно, что все нуклеиновые кислоты это гетерополимерные молекулы, мономерами которых являются разные нуклеотиды.
Но мне, как репетитору по биологии, хорошо известно, что, как правило, у многих из вас нет четкого представления о том:
как и почему именно такое строение нуклеиновых кислот обеспечивает выполнение возлагаемых на них природой функций.
За долго до обнаружения нуклеиновых кислот человек изобрел книгопечатание. Какой принцип используется при создании множества одинаковых копий книг? Правильно, принцип матричного копирования.
Один раз созданная, типографическая матрица набранного текста позволяет создать бесчисленное количество своих копий. Причем же здесь, спросите вы, нуклеиновые кислоты?
А вот причем. Для воспроизводства всего живого в природе используется тот же самый матричный принцип. Молекула какой-либо ДНК, созданная один раз, способна создавать свои копии бесчисленное количество раз.
Вы хорошо знаете, что этот процесс в клетке называется репликацией (редупликацией) ДНК или самоудвоением ДНК. На каждой нити материнской ДНК идет синтез дочерних нитей согласно принципу комплементарности азотистых оснований нуклеотидов.
Это помогает понять как из одной материнской молекулы ДНК образуется две молекулы ДНК — совершенно идентичные материнской:
И вот сейчас, пожалуй, самое главное.
Когда в клетке происходит репликация ДНК
Правильно, лишь при подготовке ее к будущему делению (митозу или мейозу). Кстати, и это чаще всего упускается из виду: жизнь клетки не сводится к делению ее ядра при митозе, а, наоборот, митоз — лишь совсем непродолжительный этап жизненного цикла клетки.
Основная же по времени жизнь клетки — это первая стадия интерфазы предсинтетического периода, когда молодая клетка, образовавшаяся в результате деления материнской, сначала растет, а потом начинает выполнять все возложенные на неё функции. Продолжительность этого периода зависит от того, к какому типу ткани эта клетка относится.
Таким образом, всего один раз в жизни клетки, ДНК является матрицей для копирования самой себя.
Основная же функция ДНК в течение жизни самой клетки — это осуществление (на основе её генов) биосинтеза белковых молекул.
Что такое жизнь клетки? Какие основные процессы должны происходить в ней практически постоянно?
Жизнь клетки — это постепенная реализация генетической информации (по крайней мере её части) заложенной в ДНК. И эта реализация тоже происходит по принципу матричного синтеза. Только при жизни клетки копируется не вся ДНК, как перед её делением, а отдельные ее части, называемые генами.
Для чего они копируются? Для того, чтобы создавались в клетке соответствующие, необходимые ей на данный момент белки, от которых зависит всё всё в клетке и организме в целом.
Сами гены ДНК непосредственно не могут служить основой для синтеза белков. ДНК находится в ядре клетки, а биосинтез белков протекает в эндоплазматической сети (ЭПС) цитоплазмы на специализированных структурах — рибосомах.
Поэтому сначала информация с отдельных участков ДНК просто переписывается (транскрибируется) на все три вида РНК, необходимые уже для самого процесса синтеза белка.
Специально выделил «три вида РНК»,
потому что по учебникам учащиеся запоминают, что транскрипция — это процесс синтеза только лишь и-РНК.
Пишу «просто» переписывается, потому что она фактически не изменяется. Была записана на языке нуклеотидов ДНК и переписывается на основе правила комплементарности азотистых оснований на язык тех же нуклеотидов, но уже разных видов РНК.
Итак, этот процесс называется транскрипцией. Как репетитор по биологии, хочу обратить на это ваше внимание, так как часто не могут просто запомнить, что означают сами термины…
…………. Термин «транскрипция» (переписывание) путают с «трансляцией«
Трансляция — это уже третье применение клеткой матричного синтеза, только теперь биологической матрицей выступает не ДНК, а информационная (или матричная) РНК. И, что самое важное, этот процесс уже не является простым переписыванием (транскрипцией) с языка нуклеотидов на тот же самый язык нуклеотидов. Здесь намного сложнее:
В результате трансляции, информация записанная последовательностью нуклеотидов и-РНК, должна подвергнуться предварительно расшифровке, декодированию, при помощи антикодонов молекул т-РНК, чтобы превратиться в последовательность аминокислотных звеньев синтезируемой молекулы белка.
Конечно, главное свойство генетического кода, как и любого другого кода вообще — его однозначность: определенному триплету нуклеотидов при синтезе белка соответствует строго определенная (единственная) молекула аминокислоты (триплетом называют три рядом расположенных нуклеотида и-РНК).
Именно трансляцией называется процесс перевода информации в рибосомах, записанной последовательностью нуклеотидов и-РНК, в последовательность аминокислотных звеньев синтезируемой молекулы белка.
Таким образом, словом трансляция (а оно, обратите внимание, при написании короче, чем слово транскрипция) обозначается в биологии самый сложный и важный процесс, происходящий в клетке — процесс сборки аминокислот на рибосомах в полипептидные цепи, процесс, называемый синтезом (или биосинтезом) белка.
Надо понимать, что сам процесс биосинтеза белка это трансляция, но которой должна предшествовать транскрипция (синтез трех видов РНК: и-РНК, т-РНК и р-РНК).
Вот так, мы поговорили о трех возможностях матричного синтеза в клетке. Что биологические матрицы — это молекулы ДНК и и-РНК, но затронули еще и вопрос как не путать терминологически названия процессов транскрипции и трансляции.
Уважаемые посетители блога, у кого возникнут вопросы к репетитору биологии по Скайпу, пишите в комментариях.
Для подготовки к сдаче ЕГЭ или ОГЭ, у меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты Открытого Банка Заданий ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).
Структура соединительной ткани является внеклеточный матрикс. Ногти на пальцах и ногти на ногах растут из матриц. Встречается в различных соединительной ткани. Обычно он используется как желеобразная структура вместо цитоплазма в соединительной ткани.
Содержание
Матрицы тканей
Внеклеточный матрикс (ЕСМ)
Костный матрикс
Кость представляет собой форму соединительной ткани в организме, состоящей в основном из затвердевших гидроксиапатит-содержащий коллаген. У более крупных млекопитающих он расположен в остеон регионы. Костный матрикс позволяет накапливать минеральные соли, такие как кальций, и обеспечивает защиту внутренних органов и поддержку передвижения.
Хрящевой матрикс
Хрящ это еще одна форма соединительной ткани в организме, обеспечивающая гладкую поверхность суставов и механизм роста костей во время развития.
Субклеточные матрицы
Митохондриальный матрикс
Ядерная матрица
в ядро клетки матрица представляет собой нерастворимую фракцию, которая остается после экстракции растворимых ДНК.
Матрица Гольджи
Матрица Гольджи представляет собой белковый каркас вокруг аппарат Гольджи состоящий из Golgins, GRASP и других различных белков на цитоплазматический сторона аппарат Гольджи участвует в сохранении формы и укладке мембран.
Матрица (средняя)
А матрица также средний в котором бактерии выращиваются (культивируются). Например, чашка Петри из агар может быть матрица для культивирования образца мазок из горла больного.
Матрица в биологии что это такое
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.
Структура соединительной ткани является внеклеточный матрикс. Ногти на пальцах и ногти на ногах растут из матриц. Встречается в различных соединительной ткани. Обычно он используется как желеобразная структура вместо цитоплазма в соединительной ткани.
Содержание
Матрицы тканей
Внеклеточный матрикс (ЕСМ)
Костный матрикс
Кость представляет собой форму соединительной ткани в организме, состоящей в основном из затвердевших гидроксиапатит-содержащий коллаген. У более крупных млекопитающих он расположен в остеон регионы. Костный матрикс позволяет накапливать минеральные соли, такие как кальций, и обеспечивает защиту внутренних органов и поддержку передвижения.
Хрящевой матрикс
Хрящ это еще одна форма соединительной ткани в организме, обеспечивающая гладкую поверхность суставов и механизм роста костей во время развития.
Субклеточные матрицы
Митохондриальный матрикс
Ядерная матрица
в ядро клетки матрица представляет собой нерастворимую фракцию, которая остается после экстракции растворимых ДНК.
Матрица Гольджи
Матрица Гольджи представляет собой белковый каркас вокруг аппарат Гольджи состоящий из Golgins, GRASP и других различных белков на цитоплазматический сторона аппарат Гольджи участвует в сохранении формы и укладке мембран.
Матрица (средняя)
А матрица также средний в котором бактерии выращиваются (культивируются). Например, чашка Петри из агар может быть матрица для культивирования образца мазок из горла больного.