Копирующие белки

На схеме стрелки вокруг ДНК и РНК указывают на возможность молекул копировать самих себя в живых системах при участии соответствующих ферментов. Как знать, не станем ли мы свидетелями открытия принципиальной возможности поворота стрелки и на следующей стадии—от белка на РНК, что могло происходить на Земле при зарождении первичных живых существ [c.487]

Генетическая информация закодирована в последовательности оснований, располагающихся вдоль цепи ДНК. При каждом делении клетки эта информация копируется и переносится в дочернюю клетку. Далее на основе этой информации в клетках осуществляется синтез соответствующих белков. Каждый ген в молекуле ДНК содержит инструкции , необходимые для синтеза одного белка. [c.539]

Н. к. делятся на 2 химически различных типа дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК). У высших организмов ДНК сосредоточена гл. обр. в клеточном ядре. У бактерий нет, строго говоря, отдельного дифференцированного ядра и ДНК собрана в специальной органелле — хромосоме. Роль ДНК в природе — хранение и передача потомству генетич. информации, т. е. программирование структуры всех синтезируемых клеткой белков. Однако непосредственно в синтезе белков ДНК не участвует. Эту работу выполняет сосредоточенная в основном в цитоплазме РНК, к-рая особым образом копируется с ДНК (см. ниже). Так. обр., ДНК есть хранилище генетич. информации в клетке, а РНК — инструмент, с помощью к-рого информация реализуется. Оба типа [c.189]

В настоящее время мы располагаем основными сведениями о химическом строении и функциях молекул и макромолекул, участвующих в работе таких фабрик. Техническая документация носит название ДНК (расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая -ислота). Молекулы ДНК конструируются таким образом, чтобы их легко было копировать при создании новых пакетов документации. Кроме того, они содержат всю информацию, необходимую для синтеза белков — производственных мощностей новых организмов. Наиважнейшими среди белков являются ферменты. Это инженеры, руководящие постройкой практически всех деталей организма. Ферменты высокоселективно катализируют реакции химического синтеза многих веществ, необходимых для жизнедеятельности. Высокой селективности они достигают благодаря особенностям структуры своей поверхности, выполняющей роль шаблона или изложницы, что позволяет им распознавать нужные реагенты среди питательных веществ и формировать продукты требуемой структуры. [c.113]

Сахарофосфатная группа с присоединенным азотистым основанием (А, Т, С или С) называется нуклеотидом она может рассматриваться как строительный блок. Из таких блоков и формируется молекула ДНК. Заложенная в ДНК информация кодируется последовательностью таких блоков. В ДНК содержится информация, необходимая для производства белков, нужных живому организму. Она может копироваться в процессе катализируемой ферментами репликации ДНК. При репликации происходит разрыв водородных связей и образование одинарных цепей, используемых в качестве матриц при ферментативном синтезе точно таких же последовательностей строительных блоков. Следовательно, процесс репликации включает формирование и разрыв водородных связей. Вследствие их непрочности репликация может осуществляться без нарушения значительно более сильных ковалентных связей в сахарофосфатных цепях. Таким образом, кодирование генетической информации в ДНК и ее репликация требуют тончайшей настройки структурных и энергетических параметров макромолекул. [c.115]

В общем исследования с мечеными атомами дали нам следующее представление о том, как воспроизводятся вирусы бактерий. Благодаря особому свойству белковой оболочки вирус может прикрепляться к поверхности бактериальной клетки. При соприкосновении с ней он немедленно выпускает в клетку свою ДНК. Пустая белковая оболочка остается снаружи клетки и в дальнейшем не играет никакой роли. Внутри клетки вирусная ДНК начинает воспроизводить (копировать) самое себя, используя в качестве сырья нуклеиновые кислоты бактериальной клетки и вещества, которые бактерия поглощает из окружающей ее среды. Примерно 40% ДНК исходного вируса сохраняется и переходит к потомкам. Вирусная ДНК вызывает также образование нового белка в клетке. В конечном счете белковые частицы соединяются с копиями ДНК и образуют 200 точных копий исходного вируса. [c.146]

Многие ферменты были выделены в чистом, кристаллическом виде. Оказалось, что все они либо представляют собой белки, либо содержат белки в качестве главного компонента. Указанная выше гипотеза о взаимоотношениях генов и ферментов заставляет предположить, что основная задача генов состоит в том, чтобы служить шаблоном, с которого копируются отдельные виды ферментных белков. Это предположение подкрепляется тем фактом, что некоторые гены определяют появление белков, не входящих в состав ферментов. [c.159]

Роль в живых организмах Хранят и передают генетическую информацию Копируют генетическую информацию переносят ее к месту синтеза бежа участвуют в процессе синтеза белка [c.720]

Как же размножаются вирусы Благодаря химической активности белков своей оболочки они взламывают защитные средства клетки-хозяина, препятствующие проникновению в нее чужеродных элементов из внешней среды. Попав в ее цитоплазму, вирус инактивирует ( отключает ) хозяйскую ДНК и заставляет воспроизводить (копировать) его собственный наследственный текст и синтезировать по этой программе собственные белки. В итоге образуются все новые вирусные частицы. [c.90]

Нри синтезе белка определенные участки ДНК, называемые генами, копируются в виде другого полинуклеотида - рибонуклеиновой кислоты, или РНК, - отличающегося от ДНК как по химическому составу, так и по выполняемой функции. Подобно ДНК, РНК образована линейной последовательностью нуклеотидов, но имеет два небольших химических отличия 1) вместо дезоксирибозы сахарофосфатный остов содержит сахар рибозу и 2) вместо основания тимина (Т) в РНК содержится близкородственное основание урацил (И) (см. рис. 3-6). [c.130]

Репликация и мутация — это два важнейших требования Отсюда вытекает, что ген может быть более или менее приспособлен Самое минимальное преимущество, которое он может иметь, заключается в том, что его можно быстрее и чаще копировать по сравнению с его собратьями. Обычно он получает эту способность более опосредованными путями. Он может направлять создание информационной РНК, которая кодирует белок, имеющий некоторое особое и желательное свойство с тем, чтобы организм, который им обладает, получил некоторое преимущество в борьбе за появление более многочисленного и лучшего потомства. На научном языке, улучшенный ген обычно непременно изменяет не только генотип (совокупность генов в организме), но также свой фенотип (приблизительно, свойства, которые он демонстрирует миру ) Как правило, это непременно основывается на свойствах или избытке одного или более белков, так как белки управляют большей частью химических процессов, происходящих в теле, тогда как нуклеиновая кислота, особенно ДНК, выполняет немного функций, за исключением репликации и кодирования белков, а также некоторых структурных молекул РНК. [c.43]

Таковы в общих чертах требования. Когда исследуешь реальную систему репликации, то обнаруживаешь, что она значительно сложнее Прежде всего, когда начинается синтез, обе цепочки еще полностью не разделились Синтез новых цепочек происходит в процессе разделения, поэтому некоторые части двойной спирали копируются еще до того, как разделились другие более удаленные участки Есть особые белки, функция которых состоит в том, чтобы раскрутить двойную спираль, и вме- те с другими, которые могут создать ники в остове, дать возможность одной цепочке вращаться вокруг другой, и затем вновь объединить разо рванную цепь Так как обе цепочки двойной спирали быстро двигаются [c.55]

Ферменты — очень сложные органические молекулы, представляющие собой глобулярные белки. Их каталитические центры состоят их ряда атомных групп, природа и взаимное расположение которых в пространстве строго детерминировано, что, собственно, и определяет каталитическую активность фермента, Все структурные и пространственные особенности каталитического центра заданы как последовательностью аминокислотных остатков полипептидной цепи данного белка (первичной структурой), так и упаковкой этой цепи Б фиксированную конформацию белковой глобулы (ее вторичной и третичной структурами Поэтому для химиков нет смысла пытаться построить искусственный структурный аналог такой чудовищно сложной конструкции, добиваясь сходства со свойствами оригинала. Не говоря уже о практически непреодолимых трудностях подобной задачи, она и смысла большого не имеет (если только мы не хотим создать искусственную жизнь). Дело в том, что каждый фермент решает узко специализированную задачу, а эта специализация лишь изредка совпадает с задачами человеческой химии. Смысл всей Проблемы не в этом, а в том, чтобы обеспечить дизайн квазиферментов под реальные задачи (ну, например, расщеплять высшие парафины до низших, т.е. делать бензин из мазута), т. е. не копировать или моделировать живые ферменты, а научится делать ферменте-подобные катализаторы на заказ (не копировать природу, а учиться у нес, воспринять ее методологию, а не результаты )- Кроме того, ферменты как катализаторы для лабораторного или про- [c.477]

Репликаза фага Qp — высокоспецифичный фермент из природных РНК он использует в качестве матрицы только собственный геном, т. е. РНК фага Qp и некоторые родственные молекулы. Однако прн наличии затравки фермент может копировать любую РНК таким образом, специфичность проявляется на стадии инициации. Любопытно, что избирательность фермента по отношению к. матрице в значительной степени определяется входящи.ми в его состав клеточными белками белок S1 и хозяйский фактор требуются при использовании в качестве матрицы (—)нити РНК фага Qp, но эти белки ненужны, когда в рати матрицы выступает, например, (—)нить этой РНК. [c.319]

Многие вирусы имеют геном в виде (—)нитн РНК. У некоторых таких вирусов геном представлен единой непрерывной молекулой, а у других он сегментирован, т. е. состоит из нескольких молекул. Общим свойством вирусов с (—)РНК-геномом является то, что в состав их вирусных частиц входит РНК-полимераза, способная копировать РНК-матрицу. Биологический смысл такой организации понятен. Поскольку, по определению, (—)РНК не может выполнять функции мРНК, для образования своих мРНК вирус должен внести в клетку не только геном, но и фермент, умеющий снимать с этого генома комплементарные копии. Другое общее свойство этих вирусов заключается в том, что матрицей для репликации / транскрипции является не свободная РНК, а вирусный рибонуклеопротеид (РНП) — молекула РНК, равномерно покрытая вирус-специфическим белком. [c.323]

Связь между наличием РНК в цитоплазме и синтезом белка была установлена благодаря результатам ряда опытов, выполненных в начале 40-х годов [т. е. до того как была расшифрована структура ДНК.— Пе рев.]. Вслед за открытием двойной спирали сразу же была предложена концепция, согласно которой ДНК играет роль первичного шаблона , с которого могут копироваться вторичные шаблоны РНК. РНК-копии, впоследствии получившие название инбоомационных РНК (мРНК гл. 1, разд. А, 4), содержат генетическую информацию, определяющую последовательность аминокислот в белке. Поток информации от ДНК к РНК и к белку может быть символически представлен в следующем виде [c.184]

Свойства любого белка зависят от его конформации, которая в свою очередь определяется аминокислотной последовательностью. Некоторые аминокислоты в полипептидной цепи играют ключевую роль в определении специфичности, термостабильности и других свойств белка, так что замена единственного нуклеотида в гене, кодирующем белок, может привести к включению в него аминокислоты, приводящему к понижению его активности, либо, напротив, к улучшению каких-то его специфических свойств. С развитием технологии рекомбинантных ДНК появилась возможность производить специфические замены в клонированных генах и получать белки, содержащие нужные аминокислоты в заданных сайтах. Такой подход получил название направленного мутагенеза. Как правило, интересующий исследователя ген клонируют в ДНК фага M13. Одноцепочечную форму ДНК этого фага копируют с использованием олигонуклеотидного праймера, синтезированного таким образом, чтобы в ген-мишень был встроен определенный нуклеотид. Затем трансформируют двухцепочечными ДНК M13 клетки Е. соИ. Часть образующихся в клетках фаговьгх частиц несет ген, содержащий нужную мутацию. Такие частицы идентифицируют, встраивают мутантный ген в экспрессирующий вектор, синтезируют белок и определяют его активность. Вносить изменения в клонированные гены можно также с помощью плазмид или ПЦР. Обычно заранее не известно, какую [c.175]

Транскрипция. ДНК служит шаблоном, с которого копируются синтезируемые соединения. Но синтез белков происходит без непосредственного участия ДНК. Белки синтезируются в клеточных рибосомах, а ДНК в рибосомах не содержится. Информация передается от ДНК к рибосомам — центрам синтеза белков — посредством информационной рибонуклеиновой кислоты или матричной РНК, обозначаемой мРНК. Копирование (считывание информации с ДНК) представляется в следующем виде. На ДНК строится мРНК- Переписывание ин- [c.104]

Таким образом, высокая специфичность белков, их ферментативная активность и характер обмена веществ организмов определяется прежде всего тем или иным чередованием аминокислот в полипептидной цепи белковой 1М0лекулы. Это чередование аминокислот записано в ДНК с помощью кода, состоящего из четырех оснований, скомбинированных по три. При удвоении ДНК этот код точно копируется. Информационная РНК синтезируется на ДНК и благодаря комплементарности синтеза записанный код переносится на нее. Синтезированная и-РНК переносится из ядра в рибосому, и на ней образуется белковая молекула со строго определенным чередованием аминокислот в полипептидной цепи. [c.298]

В этой главе мы рассмотрели состав, структуру и функции нуклеиновых кислот. Мы видели, как эти важные молекулы участвуют в хранении наследственной информации и в белковом синтезе. Элегантная простота кода жизни объясняется стадиями белкового синтеза. Основа кода заключена в структуре ДНК. Передача информации осуществляется информационной РНК, которая копирует только одну нить ДНК. Затем информационная РНК мигрирует из ядра в клетку и связывается с рибосомой. Молекулы транспортных РНК, несущие специфические аминокислоты, связываются с кодонами информационной РНК. Таким образом, аминокислоты организуются в определенную линейную последовательность, которая задается информационой РНК. Затем аминокислоты соединяются друг с другом с образованием определенного белка. [c.64]

Мы можем закончить статью утверждением, что гены — это неделимые единицы наследственности вирусов, одноклеточных организмов и многоклеточных растений и животных. Они представляют собой, по-видимому, неуклеопротеиды и служат моделями, с которых копируются новые гены, белки, не являющиеся генами, и другие крупные молекулы, причем все они приобретают такую форму, какую им придает ген. [c.165]

Во всех этих реакциях, которые в конце концов приводят к синтезу белка, принимает уч астие целая армия ферментов. Биосинтез белка начинается с раскручивания двойной спирали ДНК и изготовления ее копии — негатива (образование мРНК — транскрипция ), затем следуют переносы мРНК из клеточного ядра в цитоплазму к рибосомам, активирование аминокислот и присоединение их к растущей полипептидной цепи в соответствии с кодом (перевод 4-буквенной записи оснований в 20-буквенную запись — трансляция). На каждой из этих стадий постоянно активен один белок — фермент, специфично действующий как катализатор. Именно действие одного фермента после раскручивания двойной спирали ДНК обеспечивает, что только одна из двух высвобождающихся цепей копируется в виде мРНК. [c.155]

В связи с этим был сформулирован так называемый принцип колиней-ности согласно которому последовательность оснований в цепи ДНК должна быть колинейна (соответствовать каким-либо способом) последовательности аминокислот в синтезируемых данной клеткой белках. Это положение, имеющее экспериментальное подтверждение, находилось в противоречии с другими опытными данными, свидетельствующими о том, что наиболее интенсивный синтез белка идет в рибосомах и связан с РНП (рибонуклеопротеидом) а таким о том, что удаление ядра из клетки не сразу обрывает биосинтез белка он идет еще некоторое время и лишь затем начинает затухать. Потребовалась длительная и кропотливая экспериментальная работа, чтобы прийти к выводу, который сейчас является общепринятым непосредственное влияние на синтез белка имеет РНК клетки, а ДНК ядра влияет на него опосредованно, путем создания шаблона (или матрицы), точно копирующего, повторяющего последовательность оснований ДНК. Роль матрицы выполняет особая клеточная РНК, получившая название информационной РНК (иРНК) [c.485]

В бактериальных клетках большинство белков кодируется одной непрерывной последовательностью ДНК, которая копируется без изменения с образованием молекулы мРПК. В 1977 г. молекулярные биологи были изумлены, обнаружив, что у больщинства эукариотических генов кодирующие последовательности (названные экзонами), чередуются с некодирующими последовательностями (названными нитронами). Для производства белка весь ген, включая и интроны, и экзоны, транскрибируется в очень длинную молекулу РНК (первичный транскрипт). Перед тем как эта молекула РНК покинет ядро, комплекс ферментов, осуществляющих процессинг РНК, удаляет у нее все последовательности интронов, делая молекулу РНК значительно короче. После завершения этой стадии процессинга РНК, которая носит название сплайсинга РНК, молекула РНК выходит в цитоплазму уже как мРНК и направляет синтез определенного белка (см. рис. 3-13). [c.131]

Двойная спираль ДНК должна расплетаться по ходу продвижения репликационной вилки, для того чтобы поступающие дезоксирибоиуклеозидтрифосфаты могли спариваться с родительской матричной цепью. Однако в обычных условиях двойная спираль ДНК весьма стабильна спаренные основания соединены столь прочно, что для разделения двух цепей ДНК в пробирке гребуются температуры, приближающиеся к точке кипения воды (90°С). Но этой причине большинство ДНК-нолимераз может копировать лишь ту молекулу ДНК, у которой матричная цепь уже отделилась от другой цепи. Для того чтобы двойная спираль ДНК раскрылась и соответствующая матричная цепь стала доступной лля ДНК-полимеразы. необходимы особые белки. Они бывают двух типов. [c.292]

Существует важное различие между синтезом молекул олигосахаридов и других макромолекул, таких, как ДПК, РПК и белки. Пуклеиновые кислоты и белки копируются с матрицы путем многократного повторения одинаковых этапов, при этом используется один и тот же фермент (или ферменты). Сложные углеводы нуждаются в различных ферментах на разных этапах синтеза, и продукт каждой реакции узнается в качестве субстрата для следующей. Учитывая сложность биохимических механизмов, которые выработались в процессе эволюции для синтеза олигосахаридов, можно предположить, что эти соединения выполняют [c.62]

Главной функцией генома является образование молекул РНК. Определенные участки последовательности нуклеотидов ДНК копируются с образованием соответствующих последовательностей РНК, которые либо кодируют белки (как мРНК), либо образуют структурную РНК, например молекулы тРНК или рРНК. Каждый участок молекулы ДНК, на которой синтезируется активная молекула РНК, носит название ген . [c.99]

Поскольку в силу существования квантовомеханических и тепловых возмущений вероятность ошибки в элементарном акте присоединения мономера принципиально не может быть сделана сколь угодно малой, существуют объективные факторы, ограничивающие сверху длину носителя информации, при которой возможно еще достаточно достоверное воспроизведение. Это налагает ограничения на структурные и функциональные возможности, однако природа обходит их, используя разделение труда между отдельными макромолекулами [194]. Нуклеиновые кислоты играют роль носителя информации-, вся информация записана четверичным кодом в последовательности нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты способны к репликации посредством разделения двойной спирали и последующей достройки каждой из нитей до полной спирали, благодаря чему возможно их самовоспроизведение. Случайно возникающие ошибки далее копируются и обусловливают появление все новых и новых последовательностей, вступающих в конкурентную бсфьбу. Эйген называет такой процесс самовоспроизведения самоинструктирующимся- и делает различие между ним и простым автокаталитическим процессом, в котором ошибки не повторяются. Дефект нуклеиновых кислот заключается в их недостаточной специфичности и многообразии взаимодействий так, например, нуклеиновые кислоты почти не обладают каталитическим действием. С другой стороны, белки обладают именно этими свойствами — огромным богатством структурных и функциональных возможностей, высокой специфичностью взаимодействий [131], основанной прежде всего на их третичной структуре и возможности конформационных изменений [201]. Помимо каталитического действия, отдельные белки связывают различные функциональные и информационные носители и таким образом обеспечивают цельность всей системы. [c.215]

Подхолящей тестовой системой является гидратированный кристалл, так как местоположение некоторых молекул воды можно сравнить с кристаллографическими данными. Интересны в этом отношении работы по изучетшю кристаллов лизоцима и гидратированных кристаллов циклического дипептида [16, 21]. На этих примерах можно видеть, как обходить трудности, связанные с краевыми эффектами на границе системы. В этих расчетах удается учитывать присутствие 350—400 молекул воды, но даже такое количество недостаточно, чтобы образовать поверхностную пленку белка в вакууме. Эта поверхность не может быть учтена в расчетах изолированной единичной ячейки гидратированного кристалла, контактирующей с аналогичными соседними ячейками, что привело бы к заполнению всего пространства. Однако свойства молекул воды в каждой единичной ячейке копируются свойствами экви- [c.575]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология