Реакции матричного синтеза. Биосинтез белка

Реакции матричного синтеза. Биосинтез белка

Реакции биосинтеза белка и нуклеиновых кислот носят матричный характер.

Матрица – это то, с чего снимается копия. 

К реакциям матричного синтеза относятся:

Ø репликация ДНК

Ø синтез и-РНК (транскрипция)

Ø синтез молекулы белка в рибосомах (трансляция)

Ø все реакции синтеза РНК на матричной ДНК

Матричный синтез позволяет очень точно и быстро синтезировать макромолекулы полимеров, состоящие из огромного количества мономеров. 

Одна цепочка ДНК – это матрица для другой цепочки.

Участок ДНК является матрицей для молекул  и-РНК, т-РНК, р-РНК.

Молекула и-РНК является матрицей для синтеза белковой молекулы.

Биосинтез белка

Признаки организма определяются белками. В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются. 

Свойства белков определяются последовательностью и количеством аминокислот в первичной структуре белка.   

Способность синтезировать строго определенные белки закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Ген – это участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной последовательности аминокислот в белковой молекуле. 

Гены располагаются в молекуле ДНК в линейном порядке в определенных участках хромосомы - локусах.

Таким образом, последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в белке.

Все многообразие белков образовано из 20 различных аминокислот, а нуклеотидов в составе ДНК — 4 вида. Если предположить, что один нуклеотид кодирует одну аминокислоту, то четырьмя нуклеотидами можно закодировать четыре аминокислоты (4¹ =4), если два нуклеотида будут кодировать одну аминокислоту, то количество кодируемых аминокислот возрастает до 16 (4² =16). Но этого недостаточно для кодирования всех 20 аминокислот. Значит, код ДНК должен быть триплетным. В этом случае можно будет закодировать 64 аминокислоты (4³ =64). Было доказано, что именно три нуклеотида кодируют одну аминокислоту.  

А так как аминокислот всего 20, то некоторые аминокислоты могут кодироваться несколькими триплетами.

Генетический код, его свойства.

Генетический код – это система записи информации о последовательности аминокислот в молекуле белка с помощью последовательности нуклеотидов.

Свойства генетического кода

1. Триплетность - каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами.

2. Однозначность - кодовый триплет соответствует только одной аминокислоте (один код- одна аминокислота).

3. Универсальность - у всех организмов на Земле генетический код одинаков (одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов).

Это свойство доказывает единство происхождения живых организмов!

4. Вырожденность (избыточность)- некоторые аминокислоты имеют по несколько кодов. Это своеобразная «страховка» от нежелательных мутаций.

Из 64 кодовых триплетов 61 триплет кодирует аминокислоты, а три кодона не шифруют аминокислоты (УАА, УГА, УАГ), а играют роль «запятой» между генами.

Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.

Самым важным процессом пластического обмена в клетках животных является биосинтез белка. Это объясняется огромным значением белков в жизнедеятельности всех организмов.

В биосинтезе белка участвуют:

Ø участки ДНК (в них зашифрована инфор­мация о последовательности аминокислот).

Ø молекулы информационной РНК (5% всех РНК) (и-РНК или м-РНК) - они копируют информацию о синтезе одной или нескольких молекул белка и доставляют ее к месту синтеза;

Ø транспортные РНК (10% всех РНК) (т-РНК) - переносят к месту синтеза белка соответствующие аминокислоты;

Ø рибосомальные РНК (85% всех РНК) – образуют рибосомы, соединяясь с рибосомальными белками.

Ø рибосомы - защищают и-РНК и синтезируемый белок от разрушающего действия клеточных ферментов, расшифровывают генетическую информацию,    синтезируют белковую молекулу.

Ø различные ферменты – ускоряют реакции;

Ø АТФ - источник энергии для синтеза

Этапы биосинтеза белка

1-ый этап – транскрипция ( происходит в ядре на участке ДНК).

С участка ДНК, соответствующем какому-либо гену, по принципу комплементарности «переписывается» информация о последовательности аминокислот в молекуле белка на молекулу и-РНК. Участвует фермент РНК-полимераза, который начинает транскрипцию, присоединяясь к участку ДНК. ДНК раскручивается на участке гена и начинается синтез и-РНК. В большинстве случаев в результате транскрипции не получается готовая и-РНК, а предшественник и-РНК, которая должна еще пройти процесс созревания, при котором происходят ее модификационные изменения и она становится функционально активной. Затем активная молекула и-РНК через ядерные поры поступает в цитоплазму и направляется к рибосомам.

2-ой этап: трансляция ( происходитв функциональном центре рибосом). Информационная РНКсоединяется с малой субъединицей рибосомы,   потом к ним прикрепляется большая субъединица рибосомы. Трансляция начинается со стартового кодона(триплета) – первого триплета молекулы и-РНК. Аминокислоты доставляются к месту синтеза белка с помощью транспортных РНК. Т-РНК состоит из 70-90 нуклеотидов, благодаря определенному расположению комплементарных нуклеотидов цепочка т-РНК образует структуру, напоминающую по форме лист клевера. На вершине каждого центрального "листа" имеется последовательность нуклеотидов (триплет), комплементарных нуклеотидам кодона и-РНК - антикодон. С противоположной стороны имеется конец, к которому присоединяется аминокис­лота.

Количество разнообразных т-РНК в клетке соответствует количеству кодонов, шифрующих аминокислоты. С помощью специального фермента антикодон присоединяется к определенному триплету и-РНК. В рибосоме имеется два участка: на одном - т-РНК получает "команду" от и-РНК и «узнает» кодон (участок получения команды), на другом происходит выпол­нение приказа - аминокислота отры­вается от т-РНК. Эти два участка образуют функциональный центр рибосомы.

3-ий этап: - синтез белковой молекулы   (происходит в функциональном центре рибосомы). Оторвавшаяся от т-РНК аминокислота   присоединяется к уже образовавшейся цепочке аминокислот. Первая т-РНК, освобо­дившись от аминокислоты, покидает рибосому. Рибосома перескаки­вает на другой триплет, она перемещается по и-РНК с триплета на трип­лет по мере присоединения аминокислот к полипептидной цепи, но не плавно, а прерывисто, "шагами". Операция трансляции занимает не более 0,5 секунд. К следующему кодону присоединяется соответствующая ему т-РНК с аминокислотой, и процесс повторяется. Когда последний  стоп-кодон и-РНК пройдет через функциональный центр рибосом, синтез белка прекращается и образовавшаяся белковая молекула покидает рибосому.

Очень часто молекула и-РНК проходит не через одну, а сразу через несколько рибосом.  Комплекс, состоящий из одной нити и-РНК и нескольких рибосом называется   полисомой.  

В полисомах одновремен­но синтезируются несколько полипептидных цепей, поэтому они «работают» эффективнее.

Биосинтез белка требует больших энергетических затрат АТФ, на присоединение аминокислоты к т-РНК с расходуется энергия одной молекулы АТФ.Кроме того, на движение рибосомы по и-РНК затрачивается энергия нескольких молекул АТФ.

       Каждый этап биосинтеза катализируется соответствующими ферментами.

Белки первичной структуры, синтезированные на рибосомах шероховатой ЭПС,  поступают с помощью пузырьков (везикул) в полости аппарата Гольджи, там принимают нужные структуры, упаковываются в пузырьки и выносятся за пределы клетки.

  Поэтому в клетках, где идет секреция ферментов, гормонов, нейромедиаторов (клетки желез внешней и внутренней секреции) можно обнаружить многочисленные аппараты Гольджи и хорошо развитую шероховатую ЭПС.

Также  интенсивно синтез белка идет в  клетках растущего организма.

ТЕСТЫ БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

ЗАДАНИЯ НА СООТВЕТСТВИЕ

Признаки этапа

А) происходит в рибосомах

Б) происходит синтез и-РНК

В) происходит на участке ДНК

Г) т-РНК переносят аминокислоты к месту синтеза белка

Д) происходит передача информации от и-РНК к т-РНК