uabooks.top

Emlékezzetek! Mi az anabolizmus? Milyen a fehérjék szerkezete? Milyen aminosava-kat nevezünk pótolhatóknak, és melyek a pótolhatatlanoknak, mely fehérjéket teljes ér-tékűeknek és melyek nem? Milyen aminosavakat nevezünk alapvetőeknek? Milyen a nukleinsavak és a riboszómák felépítése? Mi a gén? Mik a matrica-szintézis reakciói? Mi a kodon és az antikodon? Milyen a lizoszómák felépítése és funkciói?

A fehérjék bioszintézise az aminosavak egymás közötti enzimatikus reakciói során valósul meg. Ez a sejtben, az örökletes információ megvalósulásának végső láncszeme. Ez is, akárcsak a nukleinsavak szintézise, a mátrix-elven alapul. Ennek során mátrixul az mRNS-molekula szolgál.

A fehérjék bioszintézisének alapvető folyamatai a citoplazmában összpontosulnak, és riboszómák segítségével zajlanak. Az eukarióta sejtek saját fehérjéit a mitokondriumok és a plasztiszok is szintetizálhatják. A szervezetekben óriási mennyiségű különféle fehérje képződik, amelyek felépítéséről szóló információ a gének összetételében lévő nukleotidok meghatározott sorrendjében kódolódik, s amelyeket strukturális vagy fehérjét kódoló géneknek nevezünk.

Az örökletes információ minden élő szervezet számára egységes kódrendszerét genetikai kódnak hívjuk (lásd: II. előlap). Az ilyen módon kódolt információ a sejtekben a nukleinsavakban lévő nukleotidok meghatározott sorrendjében tárolódik, amely meghatározza a polipeptid-lánc szintézise során az aminosavak sorrendjét.

Idézzük fel a genetikai kód tulajdonságait! A polipeptid-lánc minden aminosa-vát három meghatározott nukleotid, úgynevezett triplet vagy kodon kódolja. Tehát a genetikai kód tripletes.

A DNS vagy az RNS négy különböző nukleotidja 64 kombinációt (43-64) képes alkotni, tehát 64 különböző triplet létezik. Csak 20 alapvető aminosav van, ezért megengedhető, hogy egy aminosavat több különböző triplet kódoljon. A genetikai kód ezen tulajdonságát degeneráltságnak nevezzük, amely növeli a kódolás megbízhatóságát.

Az egyes aminosavakat kódoló kodonok száma 61, ennek megfelelően három kodon (őket stop-kordonoknak nevezzük: UGA, UAA, UAG) nem kódol aminosavakat (23.1. ábra). Ők a fehérjeszintézis leállásának jelzői.

A stop kodonokon kívül a nukleinsav molekulák összetételében van még indító vagy start kodon (az RNS összetételében ez az AUG). A stop kódoktól eltérően ez kódoló.

A genetikai kód egyértelmű, azaz minden triplet csak egy aminosavat kódol. Ezen kívül univerzális, egységes minden szervezet számára a baktériumoktól az emberig.

A genetikai kód átfedésmentes: a prokarióták és eukarióták genetikai információja csak egyféleképpen olvasható le. A nukleotidok leolvasása egy adott ponttól (általában az indító kódtól AUG) egy irányba kezdődik, amely meghatározza az egész nukleotid-lánc tripletjeinek leolvasását. Ez a tulajdonság biztosítja a különböző nemzedékek fehérjemolekuláinak reprodukcióját. Azt a módszert, amelynek segítségével leolvasható a nukleinsavak molekuláinak sorrendje, leolvasási keretnek nevezzük (23.2. ábra). Az eukarióták és a prokarióták nukleotid-sor-

rendje leggyakrabban egy leolvasási keretet tartalmaz, amelynek kezdete a start kodonnál (AUG), vége pedig a stop kodonoknál (UAA, UAG, UGA) van. Ehelyett egyes vírusok nukleotid sorrendje tartalmazhat számos „leolvasási keretet” (23.2 ábra). Ez a tulajdonság az örökletes információ kompakt kódolását biztosítja.

A fehérje-molekulák bioszintézisének szakaszai. A kezdő szakasz -a transzkripció - az mRNS-molekulák DNS molekuláról, a komplementaritás

elvén történő szintézisével kapcsolatos.

Már tudjátok, hogy az eukarióták fehérjéit kódoló gének mozaik-elven szerveződnek: a gének kódoló szakaszai, amelyek a fehérjék aminosav-sorrendjéről szóló információt tartalmazzák, az exonok, nem kódoló szakaszokkal, intronokkal, vannak elválasztva. A transzkripció során szintetizálódó RNS (pro-RNS) molekula exonokat és intronokat egyaránt tartalmaz. Ez alatt a transzkripcióval egyidejűleg történik az intronok kivágása és a szomszédos exonok végeinek „összevarrása” (egyesítése). Ezeket a folyamatokat splicingnak nevezzük.

A következő szakaszban - transzláció - az mRNS-molekula nukleotid sorrendje a szintetizálódó fehérje molekula aminosav-sorrendjére fordítódik. így történik az mRNS nukleotid-sorrendjébe írt információ dekódolása. Először a citoplazmában mind a 20 alapvető aminosav, speciális enzimek segítségével, kovalens kötéssel hozzákapcsolódik egy adott tRNS-molekulához (18.6 ábra). Mivel a genetikai kód degenerált, ezért sok aminosavnak több tRNS-e is van. Ennek a

folyamatnak a lefolyásához energia szükséges — egy aminosavaknak a tRNS-hez való kapcsolásához egy ATP-molekula felbomlásából származó energia használódik el.

Az örökletes információ dekódolását és a fehérjeszintézis folyamatainak kata-lizálását a riboszómák biztosítják. Ezek gömb alakú testek, amelyek két különböző méretű részből - kis- és nagyalegységből állnak. Az alegységek mindegyike egymással összekapcsolt rRNS-molekulákból és fehérjékből áll. A riboszómák alegységei a fehérje-molekula szintézise után szétkapcsolódhatnak, majd annak kezdete előtt újra összekapcsolódhatnak.

A transzláció az iniciációval kezdődik: a start kodont (AUG) tartalmazó mR-NS-molekula a riboszómához kapcsolódik, ily módon az mRNS-molekula a ribo-szóma kis és nagy alegysége közé kerül. A start kodont felismeri az aminosavat szállító tRNS. Egy ilyen egység kész a fehérje-molekula szintézisének elkezdéséhez. Ennek során megtörténik a triplet (az mRNS-molekula meghatározott trip-letje) antikodon - a tRNS komplementer tripletje - általi felismerése.

23.3. ábra. A transzláció folyamatának szakaszai. Feladat: Az ábra segítségével jellemezzétek a transzláció összes folyamatát

Az elongáció során a polipeptid lánc, az aminosavak között folyamatosan kialakuló erős kovalens (peptid) kötések által hosszabbodik. Ez alatt minden következő mRNS kodont felismeri a tRNS-molekula antikodonja, és a riboszóma katalizálja a tRNS által a polipeptid lánchoz szállított aminosav megkötését.

23.4. ábra. A riboszóma funkcionális központja. A funkcionális központ egyik részében a tRNS antikodonja felismeri az mRNS kodonját, a másikban az aminosav leválik a tRNS-ről. Amikor a riboszóma előrelép az mRNS-molekulán, annak helyét másik, később egy harmadik, negyedik stb. foglalja el, addig, míg a fehérje-molekula szintézise tart

A későbbiekben a riboszóma az mRNS-en egy kodonnal tovább lép (ez a lépés egy triplettel egyenlő) a következő tRNS-el való kapcsolat kialakításáért. A transzláció alapvető műveleteit a riboszóma funkcionális központja hajtja végre (23. 4 ábra). Ennek méretei két tripletnek felelnek

meg, s ezért ebben egyszerre az mRNS két szomszédos kodonja és két tRNS molekula lehet jelen.

Az mRNS molekulán egyidejűleg elhelyezkedő riboszómák számát annak hosz-sza határozza meg, ugyanakkor nem haladhatja meg a 20-at. Az mRNS-sel összekapcsolt riboszómák egységétpoliriboszómának vagypoliszómának nevezzük. Tehát egy poliszómán egyidejűleg egy adott fehérje sok molekulája szintetizálód-hat.

Amikor a riboszómához ér a stop kodon, megtörténik a transzláció terminációja, és a riboszóma a fehérje molekulával együtt elhagyja az mRNS-t. A szabad riboszóma alegységeire esik szét, amelyek más RNS-molekulára kerülnek. A szin-tetizálódott fehérje-molekula az endoplazmatikus hálózat üregébe jut, amely által a sejt meghatározott részébe szállítódik.

A végső szakaszban a szintetizált fehérje felveszi természetes szerkezetét. Ez alatt megfelelő enzimek segítségével leválnak a fölösleges aminosavak, a molekulába beépülnek a nem fehérje jellegű részek (ortofoszfátok, karboxil és más csoportok, szénhidrátok, lipidek stb.) Csak ezek után válik a molekula funkcionálisan aktívvá.

1. Milyen szerepet játszik a DNS és a különböző típusú RNS-molekulák a fehérjék bioszintézisében? 2. Mi a genetikai kód? 3. Melyek a fehérjeszintézis fő szakaszai? 4. Milyen a riboszóma felépítése? Milyen szerepet játszanak a riboszómák a fehérjeszintézisben? 5. Mi a biológiai jelentősége annak, hogy az mRNS-molekulán egyszerre nem egy, hanem számos (20-ig) riboszóma helyezkedik el?

Miért gondolják a genetikai kód degeneráltságát antimutá-ciós (mutáció ellenes) tényezőnek?

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij