Replikacija, transkripcija ir transliacija kaip cheminiai procesai

Seka turi cheminę kryptį

Nukleorūgšties grandinė turi chemiškai skirtingus 5′ ir 3′ galus. Matricą, užrašytą 3′→5′ kryptimi, galima skaityti ir sudaryti komplementarų produktą, užrašomą 5′→3′ kryptimi. Naujas nukleotidas prijungiamas augančio produkto 3′ gale. Pakeisti sekos rodymo kryptį nėra tas pats, kas pakeisti jos bazes.

Replikacija kopijuoja DNR; transkripcija pagal matricą sukuria RNR; transliacija pagal RNR seką išdėsto polipeptido seką. Šie apibūdinimai nurodo skirtingas molekulines operacijas. Jie nereiškia, kad vienas polimeras virsta kitu pakeitus raides puslapyje.

Skaičiuokite pailgėjimą ir nurodykite, kaip skaitoma seka

Imkite išgalvotą esamą aštuoniolikos nukleotidų ilgio pradmenį ir septyniasdešimt penkių nukleotidų ilgio galutinę grandinę. Skaičiuojamas tik pailginimas, todėl kiekvienam visam produktui reikia penkiasdešimt septynių naujų nukleotidų. Nustatykite prijungiamų A/C/G/T skaičius 17/13/11/16 vienai grandinei ir matricos bei pradmens kiekį 90.0 pmol. Šie nustatyti skaičiai apibūdina prijungiamą seką; pradmens kiekis ir chemija apskaitomi atskirai.

Kadangi 1 pmol=0.001 nmol, prijungiamų dATP/dCTP/dGTP/dTTP poreikiai yra 1.53/1.17/0.990/1.44 nmol. Jų suma yra 5.13 nmol įjungtų nukleotidų ir, šioje pailginimo apskaitoje, 5.13 nmol išsiskyrusio difosfato. Prijungiami trifosfatai turi 15.39 nmol fosforo atomų: 5.13 lieka naujose jungtyse, o 10.26 – difosfate. Nustatykite turimas atsargas 2.00/1.80/1.40/1.70 nmol; visų pakanka reikalaujamam pilnų grandinių kiekiui. Ši kiekių riba nėra išeigos ar reakcijos greičio prognozė.

Atskirai išgalvotai matricai, užrašytai 3′-TACCGATTTACT-5′, komplementarus RNR produktas yra 5′-AUGGCUAAAUGA-3′. Pasirinkite standartinį genetinį kodą, 1 lentelę ir skaitymo rėmelį, prasidedantį pirmuoju AUG. Tripletai AUG/GCU/AAA/UGA nurodo Met/Ala/Lys/stop: tris liekanas ir dvi peptidines jungtis. Kitiems kodams, rėmeliams ar apdorojimui reikėtų atskiros apskaitos.

Šiai dvylikos nukleotidų RNR konkrečiai nustatykite NTP inicijuotą de-novo sintezę su neapdorotu 5′ trifosfatiniu galu be kepurėlės. Įjungiama dvylika NTP; vienuolika vėlesnių ilginimo žingsnių išskiria vienuolika difosfatų. Fosforo atomų balansas užsidaro: 36 patenka = 14 lieka RNR + 22 išsiskiria. Likusį kiekį sudaro vienuolika jungčių fosforo atomų ir trys inicijuojančiame gale. Tai skiriasi nuo dvylikos nukleotidų prijungimo prie esamo pradmens ir nėra universali brandžios RNR galų sutartis.

Polimeras susidaro naudojant aktyvintus substratus

Klasifikuotai nuo DNR priklausomai DNR polimerazei deoksiribonukleozido 5′-trifosfatas tiekia prie esamo pradmens prijungiamą nukleotidą, o ilginimo metu išsiskiria difosfatas. Pradmens 3′ galas ir prijungiamo nukleotido fosfato grupės dalyvauja cheminėje reakcijoje, o ne laisvų bazių kondensacijoje.

Nuo DNR priklausoma RNR polimerazė ilginimo metu taip pat naudoja nukleozidų trifosfatus ir gali inicijuoti grandinę be esamo pradmens. Nustatytame neapdorotame transkripte, inicijuotame NTP, pirmasis nukleotidas gali išlaikyti savo 5′ trifosfatą. Inicijavimą skaičiuokite atskirai nuo vėlesnio ilginimo; brandžios RNR galai gali būti apdoroti ar kitaip modifikuoti.

Pernešiklių, jungčių ir klaidų skaičiai apibūdina skirtingus įvykius

Nurodykite sintetinę septynių liekanų seką Met–Ser–Gly–Leu–Gly–Asp–Phe ir 45.0 pmol pilnų grandinių. Nustatykite vieną ATP virsmą AMP aktyvinant kiekvieną įkraunamą tRNR ir du GTP įvykius kiekvienam pridėjimui po inicijavimo. Įkrovimui naudojama 7×45=315 pmol ATP ir šioje ribotoje apskaitoje susidaro po 315 pmol AMP ir difosfato.

Kiekviena grandinė turi šešias peptidines jungtis, todėl iš viso susidaro 270 pmol jungčių. Nustatytas GTP poreikis po inicijavimo yra 2×6×45=540 pmol. Kiekvienoje grandinėje yra dvi glicino liekanos. Jei galima patiekti tik 70.0 pmol Gly-tRNR ekvivalentų, o kitų išteklių pakanka, pilnų grandinių riba yra 35.0 pmol; įkrovimo, jungčių ir GTP kiekiai jai yra 245/210/420 pmol. Inicijavimo, terminacijos, taisymo ir kitos sąnaudos neįtrauktos, todėl tai nėra visas ląstelės energijos balansas.

Kitam nepriklausomam mokomajam modeliui nustatykite 930 nepriklausomų įjungimo įvykių, kurių kiekvieno klaidingo įjungimo tikimybė p=0.000700 iki vėlesnio taisymo ar atrankos. Tikėtinas klaidų skaičius yra np=0.651; jis neprivalo būti sveikasis, nes yra pasikartojančių realizacijų vidurkis.

Nulio klaidų tikimybė yra (1−p)⁹³⁰=0.521405121, o bent vienos klaidos tikimybė – 0.478594879. Tikėtinas skaičius 0.651 nėra ši tikimybė. Sumažinus tik p dešimt kartų gaunamas tikėtinas skaičius 0.0651 ir nulio klaidų tikimybė 0.936971626. Tai kopijavimo įvykių dydžiai pagal nepriklausomumo prielaidą, o ne organizmo mutacijų rizika ar klinikinės baigtys.

Transliacija priklauso nuo chemiškai aktyvintų aminorūgščių

Aminoacil-tRNR sintetazė prijungia tinkamą aminorūgštį prie tRNR, naudodama aktyvinimą ATP. Grynoji įkrovimo apskaita apima ATP virsmą AMP ir difosfatu. Tada įkrauta tRNR neša aminorūgštį, esterine jungtimi prijungtą galinėje srityje. Ribosominis peptido susidarymas perkelia augantį peptidą tarp tokių pernešiklių.

Stop kodonas pasirinktame kode yra terminacijos nurodymas, o ne į produktą įjungiama aminorūgštis. Įkrovimas, inicijavimas, ilginimas, klaidų tikrinimas ir terminacija yra skirtingi etapai. Vien aminorūgščių ar peptidinių jungčių skaičius nėra visas baltymų sintezės energijos balansas.

Klaidos įvykis savaime nėra ilgalaikė mutacija

Komplementarumas, fermentų selektyvumas, klaidų tikrinimas ir taisymas prisideda prie kopijavimo tikslumo. Pradinės įjungimo klaidos tikimybė ir tikimybė, kad ji išvengs vėlesnio ištaisymo, apibūdina skirtingus įvykius. Nurodykite, kokią seką, galimybių skaičių ir sąlyginius etapus apima modelis.

Likusi neatitiktis savaime neįrodo paveldimos mutacijos, pakitusio baltymo, fenotipo ar ligos. Šiuos rezultatus veikia vėlesnis kopijavimas, taisymas, vieta, raiška ir biologinis kontekstas. Cheminis kopijavimas paaiškina, kaip informacija gali būti išsaugota ir pakeista, tačiau kiekvienai tolesnei išvadai reikia įrodymų.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Sumažinkite tik turimą dGTP iki 0.660 nmol, nekeisdami visų kitų nustatytų atsargų ir 90.0 pmol matricų bei pradmenų. Raskite didžiausią pilnų grandinių kiekį ir įjungimą.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   60.0 pmol pilnų grandinių; A/C/G/T poreikiai 1.02/0.780/0.660/0.960 nmol, bendras įjungimas ir difosfatas 3.42 nmol.

   Vienuolika G vienetų grandinėje riboja pilnų grandinių kiekį. Galimi daliniai produktai šiame skaičiavime neįtraukti.

2. Pakeiskite antrąjį RNR tripletą iš GCU į GUU pagal tą patį kodą, rėmelį ir galų chemiją. Nurodykite liekanos ir įvykių skaičiaus pokyčius.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   RNR 5′-AUGGUUAAAUGA-3′; Ala virsta Val. Lieka trys liekanos ir dvi jungtys, dvylika NTP ir vienuolika difosfatų.

   Pakeitus vieną nurodytą kodoną pasikeičia jam priskirta aminorūgštis, tačiau ne ilgis ar nustatyta galų apskaita.

3. Septynių liekanų sekai turima tik 70.0 pmol Gly-tRNR ekvivalentų, o kitų išteklių pakanka. Raskite pilnų grandinių, įkrovimo, jungčių ir nustatytą GTP kiekį.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   35.0 pmol grandinių; 245 pmol įkrovimo ATP; 210 pmol peptidinių jungčių; 420 pmol nustatyto GTP.

   Kiekviena grandinė sunaudoja du Gly ekvivalentus, todėl pilnų grandinių riba yra 70/2.

4. Sumažinkite p dešimt kartų nekeisdami 930 nepriklausomų kopijavimo įvykių. Raskite tikėtiną klaidingų įjungimų skaičių ir nulio klaidų tikimybę.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   p=0.0000700; tikėtinas skaičius 0.0651; nulio klaidų tikimybė 0.936971626.

   np ir (1−p)⁹³⁰ apibūdina skirtingus dydžius; nė vienas neįrodo paveldimos mutacijos ar klinikinės baigties.

Ką verta įsidėmėti

• Esamą pradmenį skaičiuokite atskirai nuo naujai įjungtų nukleotidų.
• Nurodykite matricos kryptį, skaitymo rėmelį ir genetinį kodą.
• Inicijavimas ir ilginimas gali palikti skirtingus fosfatų kiekius.
• Pernešiklių poreikiai ir kopijavimo tikimybės priklauso nurodytiems įvykių modeliams.