Sintesi di matrice: descrizione, caratteristiche e proprietà
La sintesi della matrice è la formazione di un biopolimero, la sequenza di unità in cui è determinata dalla struttura primaria di un'altra molecola. Quest'ultimo funge da matrice, "dettando" l'ordine necessario per assemblare la catena. Nelle cellule viventi sono noti tre processi biosintetici basati su questo meccanismo.
Quali molecole sono sintetizzate sulla base della matrice
Le reazioni della sintesi della matrice includono:
- replicazione: raddoppio del materiale genetico;
- trascrizione - sintesi di acidi ribonucleici;
- broadcast - la produzione di molecole proteiche.
La replica è la trasformazione di uno Molecole di DNA in due identici tra loro è di grande importanza per ciclo di vita delle cellule (mitosi, meiosi, raddoppiamento del plasmide, divisione cellulare batterica, ecc.). Moltissimi processi si basano sulla "riproduzione" di materiale genetico e la sintesi della matrice consente di ricreare una copia esatta di qualsiasi molecola di DNA.
Trascrizione e traduzione sono due fasi dell'implementazione del genoma. Allo stesso tempo, le informazioni ereditarie registrate nel DNA vengono convertite in un set specifico di proteine, da cui dipende il fenotipo dell'organismo. Questo meccanismo è chiamato "DNA-RNA-proteina" ed è uno dei dogmi centrali della biologia molecolare.
L'attuazione di questo principio è raggiunta con l'aiuto della sintesi della matrice, che coniuga il processo di formazione di una nuova molecola con il "campione originale". La base di questo accoppiamento è il principio fondamentale della complementarità.
I principali aspetti della sintesi di molecole basate sulla matrice
Le informazioni sulla struttura della molecola sintetizzata sono contenute nella sequenza di collegamenti della matrice stessa, a ciascuna delle quali è selezionato un corrispondente elemento della catena "figlia". Se la natura chimica delle molecole sintetizzata e della matrice coincide (DNA-DNA o DNA-RNA), allora la coniugazione avviene direttamente, poiché ciascun nucleotide ha una coppia con cui può essere contattato.
per sintesi proteica È richiesto un mediatore, una parte della quale interagisce con la matrice tramite il meccanismo di corrispondenza nucleotidica e l'altra collega i collegamenti proteici. Quindi, il principio della complementarità nucleotidica funziona anche in questo caso, anche se non collega direttamente i collegamenti della matrice e le catene sintetizzate.
Fasi di sintesi
Tutti i processi di sintesi della matrice sono suddivisi in tre fasi:
- iniziazione (inizio);
- allungamento;
- terminazione (fine).
L'iniziazione è una preparazione per la sintesi, la cui natura dipende dal tipo di processo. L'obiettivo principale di questa fase è portare il sistema enzimatico-substrato in condizioni di lavoro.
Durante l'allungamento, la sintesi della catena sintetizzata viene effettuata direttamente, in cui un legame covalente (peptide o fosfodiestere) si chiude tra le unità selezionate in base alla sequenza della matrice. La risoluzione porta a una battuta d'arresto nella sintesi e nel rilascio del prodotto.
Il ruolo della complementarità nel meccanismo della sintesi della matrice
Il principio di complementarità si basa sulla corrispondenza selettiva delle basi azotate dei nucleotidi l'una con l'altra. Quindi, solo la timina o l'uracile (doppio legame) è adatta come l'adenina come una coppia, e la citosina (3 triplo legame) è adatta per la guanina.
Nel processo di sintesi degli acidi nucleici con legami di matrice a filamento singolo, i nucleotidi complementari si legano, allineandosi in una sequenza specifica. Pertanto, sulla base del segmento DNA AACGTT, durante la trascrizione è possibile ottenere solo TTGCAA e UUGCAA durante la trascrizione.
Come notato sopra, la sintesi proteica avviene con la partecipazione di un intermediario. Questo ruolo è svolto dall'RNA di trasporto, che ha un sito per l'attacco di un aminoacido e una tripletta di nucleotidi (anticodon), progettati per legarsi all'RNA messaggero.
In questo caso, la selezione complementare avviene non uno per uno, ma tre nucleotidi ciascuno. Poiché ogni amminoacido è specifico per un solo tipo di tRNA e l'anticodone corrisponde a una tripletta specifica nell'RNA, una proteina viene sintetizzata con una sequenza specifica di unità che è incorporata nel genoma.
Come avviene la replica
La sintesi del DNA della matrice si verifica con la partecipazione di una varietà di enzimi e proteine ausiliarie. I componenti chiave sono:
- DNA helicase: svolge la doppia elica, distrugge i legami tra le catene della molecola;
- DNA ligase - "ricucisce" gli spazi tra i frammenti di Okazaki;
- Primemaz: sintetizza il seme, necessario per il lavoro del frammento sintetizzatore del DNA;
- Proteine SSB - stabilizzare frammenti di DNA a filamento singolo;
- DNA polimerasi: sintetizza la catena della matrice figlia.
Helicase, primasi e proteine SSB preparano il terreno per la sintesi. Di conseguenza, ciascuna delle catene della molecola originale diventa una matrice. La sintesi viene effettuata con grande velocità (da 50 nucleotidi al secondo).
Il lavoro della DNA polimerasi si verifica nella direzione da 5`k 3`-fine. Per questo motivo, su una delle catene (principali), la sintesi avviene lungo lo svolgimento e continuamente, e sull'altro (in ritardo) - nella direzione opposta e in frammenti separati, chiamati "Okazaki".
La struttura a forma di Y formata nella posizione del disfacimento del DNA è chiamata forcella di replica.
Meccanismo di trascrizione
L'enzima di trascrizione chiave è la RNA polimerasi. Quest'ultimo è di diversi tipi e differisce nella struttura nei procarioti e negli eucarioti. Tuttavia, il meccanismo della sua azione è lo stesso ovunque e consiste nel costruire una catena di ribonucleotidi complementariamente selezionati con la chiusura del legame fosfodiestere tra di loro.
La molecola del DNA è la molecola della matrice per questo processo. Sulla sua base, possono essere creati diversi tipi di RNA, non solo quelli informativi, che sono usati nella sintesi proteica.
La regione della matrice da cui la sequenza RNA è "degradata" è chiamata trascrizione. Contiene un promotore (un luogo per l'attacco di RNA polimerasi) e un terminatore in cui si interrompe la sintesi.
traduzione
La sintesi proteica della matrice nei procarioti e negli eucarioti viene effettuata in organoidi specializzati, i ribosomi. Questi ultimi sono costituiti da due subunità, una delle quali (piccola) serve per legare il tRNA e l'RNA messaggero e l'altra (grande) partecipa alla formazione dei legami peptidici.
L'inizio della traduzione è preceduto dall'attivazione di amminoacidi, cioè dal loro attaccamento al corrispondente RNA di trasporto con la formazione di un legame macroergico, dovuto all'energia di cui successivamente vengono eseguite le reazioni di transpeptidazione (attaccamento alla catena del prossimo collegamento).
Anche i fattori proteici e GTP sono coinvolti nel processo di sintesi. L'energia di quest'ultimo è necessaria per l'avanzamento del ribosoma lungo la catena di template RNA.