Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Химия arrow Технология полимеров медико-биологического назначения. Полимеры природного происхождения

2.3. Матрицезависимый и матриценезависимый биосинтез биополимеров

Природные полимеры синтезируются путем матрицезависимых или матриценезависимых ферментативных процессов. Непосредственно реакции синтеза природных полимеров катализируются ферментами — полимеразами.

2.3.1. Матрицезависимые процессы

В случае матрицезависимых процессов синтез полимеров осуществляется через стадию комплексообразования растущей макромолекуляр- ной цепи с базовой полимерной матрицей. Из приведенного выше перечня природных полимеров (см. разд. 2.1) матрицезависимым путем синтезируются нуклеиновые кислоты и белки.

2.3.1.1. Нуклеиновые кислоты

В упрощенном виде ключевую роль в матрицезависимых процессах синтеза играют нуклеиновые кислоты, выполняющие функцию передачи генетического кода, определяющую воспроизводство организма в следующем поколении.

При делении каждой клетки обе образующиеся клетки получают полный генетический набор благодаря предшествующему удвоению молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (процесс репликации). Далее последовательность нуклеотидов (генетическая последовательность) переносится на макромолекулу рибонуклеиновой кислоты (матричная, или информационная, РНК — мРНК), которая синтезируется на исходной молекуле ДНК как на матрице (процесс транскрипции) и, в свою очередь, после перемещения в рибосому становится матрицей для синтеза различных белков. В то же время матрицей для биосинтеза новой молекулы ДНК является другая молекула ДНК, стерически комплементарная матрице. В случае эукариот (организмов, клетки которых содержат ядра, например животных, растений) ДНК содержится в ядрах клеток и в некоторых других клеточных органоидах — митохондриях и пластидах. В клетках прокариот (безъядерные организмы, например бактерии) ДНК локализуется в нуклеоиде и плазмидах, не ограниченных элементарной мембраной от цитоплазмы.

Все нуклеиновые кислоты являются линейными гетерополимерами (т. е. полимерами, построенными из различных звеньев), основная цепь которых состоит из последовательности пятичленного сахарида рибозы (в РНК) или дезоксирибозы (в ДНК), разделенных остатками фосфорной кислоты и содержащих в качестве боковых групп остатки азотсодержащих гетероциклов (нуклеиновых оснований) — аденина, тимина (в РНК замененного на урацил), гуанина и цитозина (рис. 2.1). В отдельных случаях (главным образом, в транспортной РНК, тРНК) боковые группы могут быть представлены другими азотистыми основаниями.

Нуклеиновые основания относятся к группе пиримидинов и пуринов (рис. 2.2). Их присоединение к фрагменту рибозы (или дезоксирибозы реализуется по положению 1 в случае пиримидиновых производных и по положению 9 в случае пуриновых производных.

Молекулярная масса одной макромолекулы ДНК достигает нескольких сотен миллионов нуклеотидных звеньев. Значительно меньше молекулярная масса РНК (она колеблется от нескольких сотен до

Принципиальная структура звена нуклеиновой кислоты (для ДНК Y = Н, для РНК Y = ОН, base — остаток нуклеинового основания)

Рис. 2.1. Принципиальная структура звена нуклеиновой кислоты (для ДНК Y = Н, для РНК Y = ОН, base — остаток нуклеинового основания)

Нуклеиновые основания

Рис. 2.2. Нуклеиновые основания

нескольких десятков тысяч нуклеотидов в одной макромолекуле). Сложное строение макромолекул нуклеиновых кислот, на которое накладывается их непростая пространственная структура (для ДНК — это известная двойная спираль), позволяет реализовать на них как на матрицах комплексование громадного числа макромолекул, ориентирование очередных звеньев которых реализуется за счет аффинного взаимодействия с фрагментом макромолекулы матрицы. Последовательность сборки мономеров (аминокислот в случае белков и нуклеотидов в случае нуклеиновых кислот) для макромолекул синтезируемых полимеров в этих процессах определяет нуклеотидная последовательность в матричной молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты (или рибонуклеиновой кислоты). Частота ошибок при воспроизводстве очередной молекулы ДНК не превышает 1 на 10а-1010 нуклеотидов. Именно этим определяется высокий уровень генетической наследственности.

О скорости данных процессов можно судить, например, по скорости репликации ДНК (разъединения исходной двойной спирали) для бактерий — около 45 000 нуклеотидов в минуту.

В процессах, протекающих в матрицезависимых синтезах нуклеиновых кислот, участвуют различные типы ферментов. Например, в транскрипции ДНК — это хеликаза, топоизомераза, в репликации — несколько ДНК-полимераз. Транскрипция (синтез) РНК катализируется ферментом РНК-полимеразой. Участвует в процессе и ряд других ферментов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 
Популярные страницы