Molekula ATP në biologji: përbërja, funksionet dhe roli në trup. Struktura dhe funksionet e acideve nukleike ATP ATP karakterizohet nga fakti se ka një strukturë polimer

Acidet nukleike(nga latinishtja bërthama - bërthamë) - acide të zbuluara për herë të parë në studimin e bërthamave të leukociteve; u hapën në 1868 nga I.F. Miescher, biokimist zviceran. Rëndësia biologjike acidet nukleike - ruajtja dhe transmetimi i informacionit trashëgues; ato janë të nevojshme për ruajtjen e jetës dhe për riprodhimin e saj.

Acidet nukleike

Nukleotidi i ADN-së dhe nukleotidi i ARN-së kanë ngjashmëri dhe dallime.

Struktura e nukleotideve të ADN-së

Struktura e nukleotidit të ARN-së

Molekula e ADN-së është një fije e dyfishtë e përdredhur në një spirale.

Një molekulë ARN është një varg i vetëm nukleotidesh, i ngjashëm në strukturë me një varg të vetëm të ADN-së. Vetëm në vend të deoksiribozës, ARN përfshin një karbohidrat tjetër - ribozë (prandaj emri), dhe në vend të timinës - uracil.

Dy fijet e ADN-së janë të lidhura me njëra-tjetrën me lidhje hidrogjenore. Në këtë rast, vërehet një model i rëndësishëm: përballë bazës azotike adenina A në njërin zinxhir është baza azotike timina T në zinxhirin tjetër dhe përballë guaninës G është gjithmonë citozina C. Këto çifte bazash quhen çifte plotësuese.

Kështu, parimi i komplementaritetit(nga latinishtja complementum - shtesë) është se çdo bazë azotike e përfshirë në nukleotid korrespondon me një bazë tjetër azotike. Lindin çifte bazash të përcaktuara rreptësisht (A - T, G - C), këto çifte janë specifike. Ekzistojnë tre lidhje hidrogjenore midis guaninës dhe citozinës, dhe dy lidhje hidrogjenore lindin midis adeninës dhe timinës në nukleotidin e ADN-së, dhe në ARN, dy lidhje hidrogjeni lindin midis adeninës dhe uracilit.

Lidhjet hidrogjenore ndërmjet bazave azotike të nukleotideve

G ≡ C G ≡ C

Si rezultat, në çdo organizëm numri i nukleotideve adenil është i barabartë me numrin e nukleotideve timidil, dhe numri i nukleotideve guanil është i barabartë me numrin e nukleotideve citidil. Falë kësaj vetie, sekuenca e nukleotideve në një zinxhir përcakton sekuencën e tyre në tjetrën. Kjo aftësi për të kombinuar në mënyrë selektive nukleotide quhet komplementaritet, dhe kjo veti qëndron në themel të formimit të molekulave të reja të ADN-së bazuar në molekulën origjinale (përsëritja, d.m.th. dyfishimi).

Kështu, përmbajtja sasiore e bazave azotike në ADN i nënshtrohet disa rregullave:

1) Shuma e adeninës dhe guaninës është e barabartë me shumën e citozinës dhe timinës A + G = C + T.

2) Shuma e adeninës dhe citozinës është e barabartë me shumën e guaninës dhe timinës A + C = G + T.

3) Sasia e adeninës është e barabartë me sasinë e timinës, sasia e guaninës është e barabartë me sasinë e citozinës A = T; G = C.

Kur kushtet ndryshojnë, ADN-ja, si proteinat, mund të pësojë denatyrim, i cili quhet shkrirje.

ADN-ja ka veti unike: aftësinë për t'u vetë-përsëritur (përsëritje, ripërsëritje) dhe aftësia për t'u vetë-shëruar (riparuar). Replikimi siguron riprodhim të saktë në molekulat bijë të informacionit që është regjistruar në molekulën mëmë. Por ndonjëherë ndodhin gabime gjatë procesit të replikimit. Aftësia e një molekule të ADN-së për të korrigjuar gabimet që ndodhin në zinxhirët e saj, domethënë për të rivendosur sekuencën e saktë të nukleotideve, quhet dëmshpërblimi.

Molekulat e ADN-së gjenden kryesisht në bërthamat e qelizave dhe në sasi të vogla në mitokondri dhe plastide - kloroplaste. Molekulat e ADN-së janë bartës të informacionit trashëgues.

Struktura, funksionet dhe lokalizimi në qelizë. Ekzistojnë tre lloje të ARN-së. Emrat lidhen me funksionet e kryera:

Karakteristikat krahasuese të acideve nukleike

Acidet fosforike të adenozinës - a acidi denozin trifosforik (ATP), A acidi denozin difosforik (ADP), A acidi denozin monofosforik (AMP).

Citoplazma e secilës qelizë, si dhe mitokondria, kloroplastet dhe bërthamat, përmbajnë acid trifosforik adenozinë (ATP). Ai furnizon energji për shumicën e reaksioneve që ndodhin në qelizë. Me ndihmën e ATP, qeliza sintetizon molekula të reja të proteinave, karbohidrateve, yndyrave, kryen transport aktiv të substancave dhe mposht flagjelat dhe qerpikët.

ATP është i ngjashëm në strukturë me nukleotidin e adeninës që është pjesë e ARN-së, vetëm në vend të një acidi fosforik, ATP përmban tre mbetje të acidit fosforik.

Struktura e molekulës ATP:

Lidhjet kimike të paqëndrueshme që lidhin molekulat e acidit fosforik në ATP janë shumë të pasura me energji. Kur këto lidhje prishen, lirohet energji, e cila përdoret nga çdo qelizë për të mbështetur proceset jetësore:

ATP ADP + P + E

ADP AMP + F + E,

ku F është acidi fosforik H3PO4, E është energjia e çliruar.

Lidhjet kimike në ATP midis mbetjeve të acidit fosforik që janë të pasura me energji quhen lidhjet makroergjike. Ndarja e një molekule të acidit fosforik shoqërohet me çlirimin e energjisë - 40 kJ.

ATP formohet nga ADP dhe fosfati inorganik për shkak të energjisë së çliruar gjatë oksidimit të substancave organike dhe gjatë fotosintezës. Ky proces quhet fosforilim.

Në këtë rast, duhet të shpenzohen të paktën 40 kJ/mol energji, e cila grumbullohet në lidhjet me energji të lartë. Rrjedhimisht, rëndësia kryesore e proceseve të frymëmarrjes dhe fotosintezës përcaktohet nga fakti se ato furnizojnë energji për sintezën e ATP, me pjesëmarrjen e së cilës pjesa më e madhe e punës kryhet në qelizë.

ATP rinovohet jashtëzakonisht shpejt. Tek njerëzit, për shembull, çdo molekulë ATP zbërthehet dhe rigjenerohet 2400 herë në ditë, kështu që jetëgjatësia mesatare e saj është më pak se 1 minutë. Sinteza e ATP ndodh kryesisht në mitokondri dhe kloroplaste (pjesërisht në citoplazmë). ATP e formuar këtu dërgohet në ato pjesë të qelizës ku lind nevoja për energji.

ATP luan një rol të rëndësishëm në bioenergjetikën e qelizës: ai kryen një nga funksionet më të rëndësishme - një pajisje për ruajtjen e energjisë, është një akumulues universal i energjisë biologjike.

E gjithë jeta në planet përbëhet nga shumë qeliza që ruajnë rregullsinë e organizimit të tyre për shkak të informacionit gjenetik që përmban bërthama. Ai ruhet, zbatohet dhe transmetohet nga komponime komplekse me molekulare të lartë - acide nukleike, të përbëra nga njësi monomerike - nukleotide. Roli i acideve nukleike nuk mund të mbivlerësohet. Stabiliteti i strukturës së tyre përcakton funksionimin normal të trupit, dhe çdo devijim në strukturë çon në mënyrë të pashmangshme në ndryshime në organizimin qelizor, aktivitetin e proceseve fiziologjike dhe qëndrueshmërinë e qelizave në përgjithësi.

Koncepti i një nukleotidi dhe vetitë e tij

Çdo ARN është mbledhur nga komponime më të vogla monomerike - nukleotide. Me fjalë të tjera, një nukleotid është një material ndërtimor për acidet nukleike, koenzimat dhe shumë komponime të tjera biologjike që janë thelbësore për një qelizë gjatë jetës së saj.

Karakteristikat kryesore të këtyre substancave thelbësore përfshijnë:

Ruajtja e informacionit për karakteristikat dhe karakteristikat e trashëguara;
. ushtrimi i kontrollit mbi rritjen dhe riprodhimin;
. pjesëmarrja në metabolizëm dhe shumë procese të tjera fiziologjike që ndodhin në qelizë.

Duke folur për nukleotidet, nuk mund të mos ndalemi në një çështje kaq të rëndësishme si struktura dhe përbërja e tyre.

Çdo nukleotid përbëhet nga:

Mbetjet e sheqerit;
. baza azotike;
. grupi fosfat ose mbetje e acidit fosforik.

Mund të themi se një nukleotid është një përbërje organike komplekse. Në varësi të përbërjes së specieve të bazave azotike dhe llojit të pentozës në strukturën nukleotide, acidet nukleike ndahen në:

Acidi deoksiribonukleik, ose ADN;
. acid ribonukleik, ose ARN.

Përbërja e acidit nukleik

Në acidet nukleike, sheqeri përfaqësohet nga pentoza. Është një sheqer me pesë karbon, i quajtur deoksiribozë në ADN dhe ribozë në ARN. Çdo molekulë pentozë ka pesë atome karboni, katër prej tyre, së bashku me atomin e oksigjenit, formojnë një unazë me pesë anëtarë dhe e pesta është pjesë e grupit HO-CH2.

Pozicioni i secilit atom karboni në molekulën e pentozës tregohet me një numër arab me një të thjeshtë (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Meqenëse të gjitha proceset e leximit nga një molekulë e acidit nukleik kanë një drejtim të rreptë, numërimi i atomeve të karbonit dhe vendndodhja e tyre në unazë shërbejnë si një lloj treguesi i drejtimit të saktë.

Në grupin hidroksil, një mbetje e acidit fosforik është ngjitur në atomet e tretë dhe të pestë të karbonit (3C' dhe 5C'). Ai përcakton përkatësinë kimike të ADN-së dhe ARN-së në grupin e acideve.

Një bazë azotike është e lidhur me atomin e parë të karbonit (1C´) në një molekulë sheqeri.

Përbërja e llojeve të bazave azotike

Nukleotidet e ADN-së të bazuara në bazën azotike përfaqësohen nga katër lloje:

Adenina (A);
. guaninë (G);
. citozinë (C);
. timinë (T).

Dy të parat i përkasin klasës së purinave, dy të fundit i përkasin klasës së pirimidinave. Për sa i përket peshës molekulare, purinat janë gjithmonë më të rënda se pirimidinat.

Nukleotidet e ARN-së të bazuara në bazën azotike përfaqësohen nga:

Adenina (A);
. guaninë (G);
. citozinë (C);
. uracil (U).

Uracil, si timina, është një bazë pirimidine.

Në literaturën shkencore shpesh mund të gjeni një përcaktim tjetër për bazat azotike - me shkronja latine (A, T, C, G, U).

Le të ndalemi më në detaje në strukturën kimike të purinave dhe pirimidinave.

Pirimidinat, përkatësisht citozina, timina dhe uracili, përbëhen nga dy atome azoti dhe katër atome karboni, duke formuar një unazë me gjashtë anëtarë. Çdo atom ka numrin e vet nga 1 në 6.

Purinat (adenina dhe guanina) përbëhen nga një pirimidinë dhe një imidazol ose dy heterocikle. Molekula e bazës purine përfaqësohet nga katër atome azoti dhe pesë atome karboni. Çdo atom numërohet nga 1 në 9.

Si rezultat i kombinimit të një baze azotike dhe një mbetje pentoze, formohet një nukleozid. Një nukleotid është një përbërje e një grupi nukleozid dhe një fosfati.

Formimi i lidhjeve fosfodiesterike

Është e rëndësishme të kuptohet pyetja se si nukleotidet lidhen në një zinxhir polipeptid dhe formojnë një molekulë të acidit nukleik. Kjo ndodh për shkak të të ashtuquajturave lidhje fosfodiesterike.

Ndërveprimi i dy nukleotideve prodhon një dinukleotid. Formimi i një përbërjeje të re ndodh me kondensim, kur ndodh një lidhje fosfodiesterike midis mbetjes fosfatike të një monomeri dhe grupit hidroksi të pentozës së një tjetri.

Sinteza e polinukleotideve është një përsëritje e përsëritur e këtij reaksioni (disa milionë herë). Zinxhiri polinukleotid ndërtohet nëpërmjet formimit të lidhjeve fosfodiesterike ndërmjet karbonit të tretë dhe të pestë të sheqernave (3C' dhe 5C').

Asambleja polinukleotide është një proces kompleks që ndodh me pjesëmarrjen e enzimës ADN polimerazë, e cila siguron rritjen e një zinxhiri nga vetëm një skaj (3´) me një grup të lirë hidroksi.

Struktura e molekulës së ADN-së

Një molekulë e ADN-së, si një proteinë, mund të ketë një strukturë parësore, dytësore dhe terciare.

Sekuenca e nukleotideve në një zinxhir të ADN-së përcakton atë parësorin e saj, ajo formohet për shkak të lidhjeve hidrogjenore, baza e të cilave është parimi i komplementaritetit. Me fjalë të tjera, gjatë sintezës së zinxhirëve të dyfishtë, zbatohet një model i caktuar: adenina e njërit zinxhir korrespondon me timinën e tjetrit, guanina me citozinën dhe anasjelltas. Çiftet e adeninës dhe timinës ose guaninës dhe citozinës formohen për shkak të dy lidhjeve hidrogjenore në rastin e parë dhe tre në rastin e fundit. Kjo lidhje e nukleotideve siguron një lidhje të fortë të zinxhirëve dhe një distancë të barabartë midis tyre.

Duke ditur sekuencën nukleotide të një vargu të ADN-së, e dyta mund të plotësohet duke përdorur parimin e komplementaritetit ose shtesës.

Struktura terciare e ADN-së është formuar për shkak të lidhjeve komplekse tre-dimensionale, gjë që e bën molekulën e saj më kompakte dhe të aftë për t'u përshtatur në një vëllim të vogël qelize. Për shembull, gjatësia e ADN-së së E. coli është më shumë se 1 mm, ndërsa gjatësia e qelizës është më pak se 5 mikron.

Numri i nukleotideve në ADN, përkatësisht raporti i tyre sasior, i bindet rregullit Chergaff (numri i bazave purine është gjithmonë i barabartë me numrin e bazave pirimidine). Distanca midis nukleotideve është një vlerë konstante, e barabartë me 0,34 nm, siç është pesha e tyre molekulare.

Struktura e një molekule ARN

ARN përfaqësohet nga një zinxhir i vetëm polinukleotid i formuar midis një pentoze (në këtë rast ribozë) dhe një mbetje fosfati. Është shumë më e shkurtër në gjatësi se ADN-ja. Ekzistojnë gjithashtu ndryshime në përbërjen e specieve të bazave azotike në nukleotid. Në ARN, uracil përdoret në vend të timinës me bazë pirimidine. Në varësi të funksioneve të kryera në trup, ARN mund të jetë e tre llojeve.

Ribozomale (rARN) - zakonisht përmban nga 3000 deri në 5000 nukleotide. Si një komponent i domosdoshëm strukturor, ai merr pjesë në formimin e qendrës aktive të ribozomeve, vendin e një prej proceseve më të rëndësishme në qelizë - biosintezën e proteinave.
. Transporti (tARN) - përbëhet mesatarisht nga 75 - 95 nukleotide, kryen transferimin e aminoacidit të dëshiruar në vendin e sintezës së polipeptideve në ribozom. Çdo lloj tRNA (të paktën 40) ka sekuencën e vet unike të monomereve ose nukleotideve.
. Informacioni (mARN) - shumë i ndryshëm në përbërjen e nukleotideve. Transferon informacionin gjenetik nga ADN-ja në ribozome dhe vepron si një matricë për sintezën e molekulave të proteinave.

Roli i nukleotideve në trup

Nukleotidet në qelizë kryejnë një sërë funksionesh të rëndësishme:

Përdoret si blloqe ndërtimi për acidet nukleike (nukleotide të serisë purine dhe pirimidine);
. marrin pjesë në shumë procese metabolike në qelizë;
. janë pjesë e ATP - burimi kryesor i energjisë në qeliza;
. veprojnë si bartës të ekuivalentëve reduktues në qeliza (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. kryejnë funksionin e bioregulatorëve;
. mund të konsiderohen si lajmëtarë të dytë të sintezës së rregullt jashtëqelizore (për shembull, cAMP ose cGMP).

Një nukleotid është një njësi monomerike që formon komponime më komplekse - acide nukleike, pa të cilat transferimi i informacionit gjenetik, ruajtja dhe riprodhimi i tij është i pamundur. Nukleotidet e lira janë përbërësit kryesorë të përfshirë në proceset e sinjalizimit dhe të energjisë që mbështesin funksionimin normal të qelizave dhe të trupit në tërësi.

TE acidet nukleike përfshijnë komponime me polimer të lartë që dekompozohen gjatë hidrolizës në baza purine dhe pirimidine, pentozë dhe acid fosforik. Acidet nukleike përmbajnë karbon, hidrogjen, fosfor, oksigjen dhe azot. Ekzistojnë dy klasa të acideve nukleike: acidet ribonukleike (ARN) Dhe acidet deoksiribonukleike (ADN).

Struktura dhe funksionet e ADN-së

ADN-ja- një polimer, monomerët e të cilit janë deoksiribonukleotide. Një model i strukturës hapësinore të molekulës së ADN-së në formën e një spirale të dyfishtë u propozua në vitin 1953 nga J. Watson dhe F. Crick (për të ndërtuar këtë model ata përdorën punën e M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff ).

molekula e ADN-së të formuar nga dy vargje polinukleotide, të përdredhur në mënyrë spirale rreth njëri-tjetrit dhe së bashku rreth një boshti imagjinar, d.m.th. është një spirale e dyfishtë (me përjashtim të faktit që disa viruse që përmbajnë ADN kanë ADN me një zinxhir). Diametri i spirales së dyfishtë të ADN-së është 2 nm, distanca midis nukleotideve ngjitur është 0.34 nm, dhe ka 10 çifte nukleotide për kthesë të spirales. Gjatësia e molekulës mund të arrijë disa centimetra. Pesha molekulare - dhjetëra dhe qindra miliona. Gjatësia totale e ADN-së në bërthamën e një qelize njerëzore është rreth 2 m Në qelizat eukariote, ADN-ja formon komplekse me proteinat dhe ka një konformacion hapësinor specifik.

Monomeri i ADN-së - nukleotidi (deoksiribonukleotidi)- përbëhet nga mbetjet e tre substancave: 1) një bazë azotike, 2) një monosakarid me pesë karbon (pentozë) dhe 3) acid fosforik. Bazat azotike të acideve nukleike i përkasin klasave të pirimidinave dhe purinave. Bazat pirimidinike të ADN-së(kanë një unazë në molekulën e tyre) - timinë, citozinë. Bazat purine(kanë dy unaza) - adeninë dhe guaninë.

Monosakaridi i nukleotideve të ADN-së është deoksiriboza.

Emri i një nukleotidi rrjedh nga emri i bazës përkatëse. Nukleotidet dhe bazat azotike tregohen me shkronja të mëdha.

Zinxhiri polinukleotid formohet si rezultat i reaksioneve të kondensimit të nukleotideve. Në këtë rast, midis karbonit 3" të mbetjes së deoksiribozës së një nukleotidi dhe mbetjes së acidit fosforik të një tjetri, lidhje fosfoester(i përket kategorisë së lidhjeve të forta kovalente). Njëri skaj i zinxhirit polinukleotid përfundon me një karbon 5" (i quajtur fundi 5"), tjetri përfundon me një karbon 3" (fundi 3").

Përballë një fije nukleotidesh është një fije e dytë. Rregullimi i nukleotideve në këto dy zinxhirë nuk është i rastësishëm, por i përcaktuar rreptësisht: timina është gjithmonë e vendosur përballë adeninës së një zinxhiri në zinxhirin tjetër, dhe citozina ndodhet gjithmonë përballë guaninës, dy lidhje hidrogjeni lindin midis adeninës dhe timinës, dhe tre lidhjet hidrogjenore lindin midis guaninës dhe citozinës. Modeli sipas të cilit nukleotidet e zinxhirëve të ndryshëm të ADN-së janë të renditura rreptësisht (adeninë - timinë, guaninë - citozinë) dhe lidhen në mënyrë selektive me njëra-tjetrën quhet parimi i komplementaritetit. Duhet të theksohet se J. Watson dhe F. Crick arritën të kuptonin parimin e komplementaritetit pasi u njohën me veprat e E. Chargaff. E. Chargaff, pasi kishte studiuar një numër të madh mostrash të indeve dhe organeve të organizmave të ndryshëm, zbuloi se në çdo fragment të ADN-së përmbajtja e mbetjeve të guaninës gjithmonë korrespondon saktësisht me përmbajtjen e citozinës, dhe adeninës me timinën ( "Rregulli i Chargaff"), por ai nuk mundi ta shpjegonte këtë fakt.

Nga parimi i komplementaritetit del se sekuenca nukleotidike e njërit zinxhir përcakton sekuencën nukleotide të tjetrit.

Fijet e ADN-së janë antiparalele (me shumë drejtime), d.m.th. nukleotidet e zinxhirëve të ndryshëm janë të vendosur në drejtime të kundërta, dhe, për rrjedhojë, përballë skajit 3" të njërit zinxhir është skaji 5" i tjetrit. Molekula e ADN-së ndonjëherë krahasohet me një shkallë spirale. "Kangjella" e kësaj shkalle është një shtyllë kurrizore sheqer-fosfat (mbetjet e alternuara të deoksiribozës dhe acidit fosforik); "hapat" janë baza azotike plotësuese.

Funksioni i ADN-së- ruajtja dhe transmetimi i informacionit trashëgues.

Replikimi (riduplikimi) i ADN-së

- procesi i vetë-dyfishimit, vetia kryesore e molekulës së ADN-së. Replikimi i përket kategorisë së reaksioneve të sintezës së matricës dhe ndodh me pjesëmarrjen e enzimave. Nën veprimin e enzimave, molekula e ADN-së zbërthehet dhe një zinxhir i ri ndërtohet rreth çdo zinxhiri, duke vepruar si shabllon, sipas parimeve të komplementaritetit dhe antiparalelizmit. Kështu, në secilën ADN të vajzës, një varg është vargu mëmë, dhe i dyti është i saposintetizuar. Kjo metodë sinteze quhet gjysmë konservatore.

“Materiali ndërtimor” dhe burimi i energjisë për replikim janë trifosfatet deoksiribonukleozide(ATP, TTP, GTP, CTP), që përmban tre mbetje të acidit fosforik. Kur trifosfatet deoksiribonukleozide inkorporohen në një zinxhir polinukleotid, dy mbetje të acidit fosforik fundor shkëputen dhe energjia e çliruar përdoret për të formuar një lidhje fosfodiesterike midis nukleotideve.

Enzimat e mëposhtme janë të përfshira në riprodhimin:

1. helikazat (ADN-ja e "zhbërjes");
2. proteinat destabilizuese;
3. Topoizomerazat e ADN-së (ADN-ja e prerë);
4. Polimerazat e ADN-së (zgjidhni trifosfatet deoksiribonukleozide dhe bashkojini ato në mënyrë plotësuese në vargun e shabllonit të ADN-së);
5. ARN primazat (formojnë abetare ARN);
6. Ligazat e ADN-së (lidhin fragmentet e ADN-së së bashku).

Me ndihmën e helikazave, ADN-ja zbërthehet në seksione të caktuara, seksionet me një fije floku të ADN-së lidhen nga proteinat destabilizuese dhe pirun replikues. Me një divergjencë prej 10 çiftesh nukleotide (një rrotullim i spirales), molekula e ADN-së duhet të bëjë një revolucion të plotë rreth boshtit të saj. Për të parandaluar këtë rrotullim, topoizomeraza e ADN-së pret një fije ADN, duke e lejuar atë të rrotullohet rreth vargut të dytë.

ADN polimeraza mund të bashkojë një nukleotid vetëm me karbonin 3" të deoksiribozës së nukleotidit të mëparshëm, prandaj kjo enzimë është në gjendje të lëvizë përgjatë ADN-së së shabllonit vetëm në një drejtim: nga skaji 3" në skajin 5" të kësaj ADN-je shabllon. Meqenëse në ADN-në amë zinxhirët janë antiparalelë, atëherë në zinxhirët e saj të ndryshëm bashkimi i vargjeve polinukleotidike ndodh ndryshe dhe në drejtime të kundërta zinxhir vajza do të quhet; drejtues. Në një zinxhir 5"-3" - me ndërprerje, në fragmente ( fragmente të Okazaki), të cilat, pas përfundimit të replikimit, qepen në një varg nga ligazat e ADN-së; ky zinxhir femije do te quhet ngecje (duke mbetur prapa).

Një tipar i veçantë i ADN polimerazës është se ajo mund të fillojë punën e saj vetëm me "fara" (abetare). Roli i "primerëve" kryhet nga sekuenca të shkurtra të ARN-së të formuara nga enzima ARN primazë dhe të çiftëzuara me ADN-në shabllon. Primerët e ARN-së hiqen pas përfundimit të montimit të vargjeve polinukleotidike.

Replikimi vazhdon në mënyrë të ngjashme në prokariote dhe eukariote. Shpejtësia e sintezës së ADN-së në prokariotët është një renditje e madhësisë më e lartë (1000 nukleotide në sekondë) sesa në eukariotët (100 nukleotide në sekondë). Replikimi fillon njëkohësisht në disa pjesë të molekulës së ADN-së. Një fragment i ADN-së nga një origjinë e replikimit në një tjetër formon një njësi riprodhimi - replikon.

Replikimi ndodh para ndarjes së qelizave. Falë kësaj aftësie të ADN-së, informacioni trashëgues transferohet nga qeliza nënë në qelizat bijë.

Riparimi ("riparimi")

Reparacionetështë procesi i eliminimit të dëmtimit të sekuencës nukleotide të ADN-së. Kryhet nga sisteme speciale enzimatike të qelizës ( enzimat riparuese). Në procesin e rivendosjes së strukturës së ADN-së, mund të dallohen këto faza: 1) Nukleazat riparuese të ADN-së njohin dhe heqin zonën e dëmtuar, si rezultat i së cilës krijohet një hendek në zinxhirin e ADN-së; 2) ADN polimeraza e plotëson këtë boshllëk, duke kopjuar informacionin nga vargu i dytë ("i mirë"); 3) Ligaza e ADN-së "ndërlidh" nukleotidet, duke përfunduar riparimin.

Tre mekanizma riparimi janë studiuar më së shumti: 1) riparimi i fotove, 2) riparimi ekscizional ose para-replikues, 3) riparimi pas replikimit.

Ndryshimet në strukturën e ADN-së ndodhin në qelizë vazhdimisht nën ndikimin e metabolitëve reaktivë, rrezatimit ultravjollcë, metaleve të rënda dhe kripërave të tyre etj. Prandaj, defektet në sistemet e riparimit rrisin shkallën e proceseve të mutacionit dhe shkaktojnë sëmundje trashëgimore (xeroderma pigmentosum, progeria, etj).

Struktura dhe funksionet e ARN

- një polimer, monomerët e të cilit janë ribonukleotidet. Ndryshe nga ADN-ja, ARN formohet jo nga dy, por nga një zinxhir polinukleotid (me përjashtim që disa viruse që përmbajnë ARN kanë ARN me dy fije). Nukleotidet e ARN-së janë të afta të krijojnë lidhje hidrogjenore me njëri-tjetrin. Zinxhirët e ARN-së janë shumë më të shkurtër se zinxhirët e ADN-së.

Monomeri i ARN-së - nukleotidi (ribonukleotidi)- përbëhet nga mbetjet e tre substancave: 1) një bazë azotike, 2) një monosakarid me pesë karbon (pentozë) dhe 3) acid fosforik. Edhe bazat azotike të ARN-së i përkasin klasave të pirimidinave dhe purinave.

Bazat pirimidinike të ARN-së janë uracili dhe citozina, dhe bazat purine janë adenina dhe guanina. Monosakaridi i nukleotideve të ARN-së është riboza.

Theksoj tre lloje të ARN-së: 1) informative(lajmëtar) ARN - mARN (mRNA), 2) transporti ARN - tRNA, 3) ribozomale ARN - rARN.

Të gjitha llojet e ARN-së janë polinukleotide të padegëzuara, kanë një konformacion hapësinor specifik dhe marrin pjesë në proceset e sintezës së proteinave. Informacioni për strukturën e të gjitha llojeve të ARN-së ruhet në ADN. Procesi i sintetizimit të ARN-së në një shabllon të ADN-së quhet transkriptim.

ARN transferuese zakonisht përmbajnë 76 (nga 75 në 95) nukleotide; pesha molekulare - 25,000-30,000 tARN përbën rreth 10% të përmbajtjes totale të ARN-së në qelizë. Funksionet e tRNA: 1) transporti i aminoacideve në vendin e sintezës së proteinave, në ribozome, 2) ndërmjetës përkthimi. Janë rreth 40 lloje të tRNA që gjenden në një qelizë, secila prej tyre ka një sekuencë unike nukleotide. Sidoqoftë, të gjitha tARN-të kanë disa rajone plotësuese intramolekulare, për shkak të të cilave tARN-të fitojnë një konformacion të ngjashëm me gjethet e tërfilit. Çdo tARN ka një lak për kontakt me ribozomin (1), një lak antikodoni (2), një lak për kontakt me enzimën (3), një kërcell pranues (4) dhe një antikodon (5). Aminoacidi shtohet në skajin 3" të kërcellit pranues. Antikodoni- tre nukleotide që "identifikojnë" kodonin mARN. Duhet theksuar se një tARN specifike mund të transportojë një aminoacid të përcaktuar rreptësisht që korrespondon me antikodonin e tij. Specifikimi i lidhjes midis aminoacidit dhe tARN-së arrihet për shkak të vetive të enzimës aminoacil-tRNA sintetazë.

ARN ribozomale përmbajnë 3000-5000 nukleotide; pesha molekulare - 1.000.000-1.500.000 rRNA përbën 80-85% të përmbajtjes totale të ARN-së në qelizë. Në kompleks me proteinat ribozomale, rRNA formon ribozome - organele që kryejnë sintezën e proteinave. Në qelizat eukariote, sinteza e rRNA ndodh në bërthama. Funksionet e rARN: 1) një komponent i domosdoshëm strukturor i ribozomeve dhe, në këtë mënyrë, sigurimi i funksionimit të ribozomeve; 2) sigurimi i ndërveprimit të ribozomit dhe tARN-së; 3) lidhja fillestare e ribozomit dhe kodoni iniciator i mARN-së dhe përcaktimi i kornizës së leximit, 4) formimi i qendrës aktive të ribozomit.

ARN-të e dërguar ndryshonte në përmbajtjen e nukleotideve dhe peshën molekulare (nga 50.000 në 4.000.000). mRNA përbën deri në 5% të përmbajtjes totale të ARN-së në qelizë. Funksionet e mARN: 1) transferimi i informacionit gjenetik nga ADN-ja në ribozome, 2) matrica për sintezën e një molekule proteine, 3) përcaktimi i sekuencës së aminoacideve të strukturës primare të një molekule proteine.

Struktura dhe funksionet e ATP

Acidi adenozin trifosforik (ATP)- një burim universal dhe akumulues kryesor i energjisë në qelizat e gjalla. ATP gjendet në të gjitha qelizat bimore dhe shtazore. Sasia e ATP është mesatarisht 0.04% (e peshës së lagësht të qelizës), sasia më e madhe e ATP (0.2-0.5%) gjendet në muskujt skeletorë.

ATP përbëhet nga mbetje: 1) një bazë azotike (adeninë), 2) një monosakarid (ribozë), 3) tre acide fosforike. Meqenëse ATP përmban jo një, por tre mbetje të acidit fosforik, ai i përket trifosfateve ribonukleozide.

Shumica e punës që ndodh në qeliza përdor energjinë e hidrolizës ATP. Në këtë rast, kur mbetja përfundimtare e acidit fosforik eliminohet, ATP shndërrohet në ADP (acidi adenozinodifosforik), dhe kur eliminohet mbetja e dytë e acidit fosforik, ai shndërrohet në AMP (acidi monofosforik adenozinë). Rendimenti i lirë i energjisë pas eliminimit të mbetjeve përfundimtare dhe të dyta të acidit fosforik është 30.6 kJ. Eliminimi i grupit të tretë të fosfatit shoqërohet me çlirimin e vetëm 13.8 kJ. Lidhjet ndërmjet mbetjeve fundore dhe të dytë, të dytë dhe të parë të acidit fosforik quhen me energji të lartë (energji të lartë).

Rezervat e ATP-së rimbushen vazhdimisht. Në qelizat e të gjithë organizmave, sinteza e ATP ndodh në procesin e fosforilimit, d.m.th. shtimi i acidit fosforik në ADP. Fosforilimi ndodh me intensitet të ndryshëm gjatë frymëmarrjes (mitokondritë), glikolizës (citoplazmës) dhe fotosintezës (kloroplastet).

ATP është lidhja kryesore midis proceseve të shoqëruara me çlirimin dhe akumulimin e energjisë, dhe proceseve që ndodhin me shpenzimin e energjisë. Përveç kësaj, ATP, së bashku me trifosfatet e tjera ribonukleozide (GTP, CTP, UTP), është një substrat për sintezën e ARN-së.

Shkoni në leksionet nr.3“Struktura dhe funksionet e proteinave. enzimat"

Shkoni në leksionet nr.5"Teoria e qelizave. Llojet e organizimit celular"

Substanca më e rëndësishme në qelizat e organizmave të gjallë është adenozinatrifosfati ose adenozinatrifosfati. Nëse futim shkurtesën e këtij emri, marrim ATP. Kjo substancë i përket grupit të trifosfateve nukleozide dhe luan një rol kryesor në proceset metabolike në qelizat e gjalla, duke qenë një burim i pazëvendësueshëm energjie për to.

Në kontakt me

Zbuluesit e ATP ishin biokimistë nga Shkolla e Mjekësisë Tropikale të Harvardit - Yellapragada Subbarao, Karl Lohman dhe Cyrus Fiske. Zbulimi ndodhi në vitin 1929 dhe u bë një moment historik i madh në biologjinë e sistemeve të gjalla. Më vonë, në vitin 1941, biokimisti gjerman Fritz Lipmann zbuloi se ATP në qeliza është bartësi kryesor i energjisë.

Struktura ATP

Kjo molekulë ka një emër sistematik, i cili shkruhet si më poshtë: 9-β-D-ribofuranosiladenin-5'-trifosfat, ose 9-β-D-ribofuranozil-6-amino-purin-5'-trifosfat. Cilat komponime përbëjnë ATP? Kimikisht, është ester trifosfat adenozine - derivat i adeninës dhe ribozës. Kjo substancë formohet duke kombinuar adeninën, e cila është një bazë azotike purine, me karbonin 1' të ribozës duke përdorur një lidhje β-N-glikozidike. Molekulat e acidit α-, β- dhe γ-fosforik i shtohen më pas në mënyrë sekuenciale karbonit 5' të ribozës.

Kështu, molekula ATP përmban komponime të tilla si adenina, riboza dhe tre mbetje të acidit fosforik. ATP është një përbërje e veçantë që përmban lidhje që çlirojnë sasi të mëdha energjie. Lidhje dhe substanca të tilla quhen me energji të lartë. Gjatë hidrolizës së këtyre lidhjeve të molekulës ATP lirohet një sasi energjie nga 40 deri në 60 kJ/mol dhe ky proces shoqërohet me eliminimin e një ose dy mbetjeve të acidit fosforik.

Kështu janë shkruar këto reaksione kimike:

• 1). ATP + ujë → ADP + acid fosforik + energji;
• 2). ADP + ujë →AMP + acid fosforik + energji.

Energjia e çliruar gjatë këtyre reaksioneve përdoret në procese të mëtejshme biokimike që kërkojnë inpute të caktuara të energjisë.

Roli i ATP në një organizëm të gjallë. Funksionet e tij

Çfarë funksioni kryen ATP? Para së gjithash, energjia. Siç u përmend më lart, roli kryesor i adenozinës trifosfatit është të sigurojë energji për proceset biokimike në një organizëm të gjallë. Ky rol është për faktin se, për shkak të pranisë së dy lidhjeve me energji të lartë, ATP vepron si burim energjie për shumë procese fiziologjike dhe biokimike që kërkojnë inpute të mëdha energjie. Procese të tilla janë të gjitha reagimet e sintezës së substancave komplekse në trup. Ky është, para së gjithash, transferimi aktiv i molekulave nëpër membranat qelizore, duke përfshirë pjesëmarrjen në krijimin e potencialit elektrik ndërmembranor dhe zbatimin e tkurrjes së muskujve.

Përveç sa më sipër, ne listojmë disa të tjera: funksione jo më pak të rëndësishme të ATP-së, të tilla si:

Si formohet ATP në trup?

Sinteza e acidit trifosforik të adenozinës është në vazhdim, sepse trupi gjithmonë ka nevojë për energji për funksionimin normal. Në çdo moment, ka shumë pak nga kjo substancë - afërsisht 250 gram, që është një "rezervë emergjente" për një "ditë me shi". Gjatë sëmundjes, ndodh sinteza intensive e këtij acidi, sepse kërkohet shumë energji për funksionimin e sistemit imunitar dhe sekretor, si dhe të sistemit të termorregullimit të trupit, i cili është i nevojshëm për të luftuar efektivisht fillimin e sëmundjes.

Cilat qeliza kanë më shumë ATP? Këto janë qeliza të muskujve dhe indeve nervore, pasi proceset e shkëmbimit të energjisë ndodhin më intensivisht në to. Dhe kjo është e qartë, sepse muskujt marrin pjesë në lëvizje që kërkon tkurrje të fibrave të muskujve, dhe neuronet transmetojnë impulse elektrike, pa të cilat funksionimi i të gjitha sistemeve të trupit është i pamundur. Kjo është arsyeja pse është kaq e rëndësishme që qeliza të mbajë një nivel konstant dhe të lartë të adenozinës trifosfatit.

Si mund të formohen molekulat e adenozinës trifosfatit në trup? Ato formohen nga të ashtuquajturat fosforilimi i ADP (adenozinës difosfat). Ky reaksion kimik duket si ky:

ADP + acid fosforik + energji → ATP + ujë.

Fosforilimi i ADP ndodh me pjesëmarrjen e katalizatorëve të tillë si enzimat dhe drita, dhe kryhet në një nga tre mënyrat:

Si fosforilimi oksidativ ashtu edhe ai i substratit përdor energjinë e substancave që oksidohen gjatë një sinteze të tillë.

konkluzioni

Acidi trifosforik adenozine- Kjo është substanca që rinovohet më shpesh në trup. Sa kohë jeton mesatarisht një molekulë e adenozinës trifosfatit? Në trupin e njeriut, për shembull, jetëgjatësia e tij është më pak se një minutë, kështu që një molekulë e një lënde të tillë lind dhe prishet deri në 3000 herë në ditë. Çuditërisht, gjatë ditës trupi i njeriut sintetizon rreth 40 kg të kësaj substance! Nevoja për këtë "energji të brendshme" është kaq e madhe për ne!

I gjithë cikli i sintezës dhe përdorimit të mëtejshëm të ATP-së si lëndë djegëse energjetike për proceset metabolike në trupin e një qenieje të gjallë përfaqëson vetë thelbin e metabolizmit të energjisë në këtë organizëm. Kështu, adenozina trifosfati është një lloj "baterie" që siguron funksionimin normal të të gjitha qelizave të një organizmi të gjallë.