Биосинтез и транскрипция – биология

Транскрипция в биологии, трансляция и биосинтез белка

Понимание фундаментальных основ существования жизни невозможно без четкого представления о передаче наследственной информации и ее реализации.

Хранение генов организма реализуется за счет хромосом, в которых упакованы разные участки ДНК, кодирующие первичную аминокислотную последовательность определенного белка. А реализация генетической информации и ее передача по наследству достигается за счет ее копирования.

Этот процесс носит название “транскрипция”. В биологии он означает считывание кода участка гена и синтез на его основе матрицы для биосинтеза белка.

Молекулярные основы транскрипции

Транскрипцией называется ферментативный процесс, которому предшествует «распаковка» молекулы ДНК и обеспечение доступа для считывания определенного гена.

Затем в двухцепочечной молекуле ДНК на начальном участке разрываются водородные связи между нуклеотидами на протяжении 4 кадонов.

С этого момента начинается фаза инициации транскрипции в биологии, связанная с присоединением ДНК-зависимой РНК-полимеразы к макрополимеру ДНК.

Закономерным исходом инициации является синтез стартового участка матричной РНК, и как только к нему присоединится первый комплементарный нуклеотид и произойдет транслокация ДНК-зависимой РНК-полимеразы, следует говорить о начале стадии элонгации.

Ее суть сводится к постепенному перемещению ДНК-зависимой РНК-полимеразы по молекуле ДНК в направлении 3`-5`, рассечению водородных связей ДНК впереди и их восстановлению сзади, а также присоединению комплементарного нуклеотида к растущей цепочке матрицы РНК.

Фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза катализирует именно присоединение нуклеотида к РНК, тогда как за считывание, разделение водородных связей и их восстановление отвечают другие ферментные системы. Все они находятся в месте, где происходит транскрипция. Биология позволяет применить метод меченых атомов и подтвердить факт их наибольшей концентрации именно в ядрах клеток.

Хронология транскрипции

В лабораторных условиях ученым исследовательской группы «Геном человека» удалось искусственно синтезировать саму молекулу ДНК и сохранить в ней генетический код. Этот процесс занял более 2-х десятилетий, не считая длительной подготовки.

Интересно, с какой скоростью протекают эти процессы в живой клетке. Главный метод исследования трансляции и транскрипции — молекулярная биология.

И хотя она пока испытывает сложности, связанные с невозможностью наглядной демонстрации этих процессов, некоторые доказательства касательно времени протекания биосинтеза белка имеются.

В частности, процесс «распаковки» генетической информации может занимать 16-48 часов, а транскрипция нужного гена — около 4-8 часов.

На синтез одной небольшой молекулы белка на основании матричной РНК потребуется порядка 4-24 часов, после чего наступает стадия его «созревания».

Под этим подразумевается самостоятельная спонтанная упаковка белка во вторичную, а затем в третичную структуру. Если белок требует постсинтетической модификации, то на этот процесс может потребоваться около недели и более.

Клеточные структуры, где происходят транскрипция и трансляция, в биологии изучаются все более подробно.

При этом удалось подсчитать, что в эукариотических клетках с большим набором генетического материала синтез простой молекулы инсулина занимает примерно 16 часов.

Генетически модифицированная кишечная палочка способна синтезировать такую молекулу за 4 часа. В случае крупных белков третичной и четвертичной структуры процесс их синтеза и окончательного формирования может занять около 2 недель.

Локализация ферментов транскрипции

Такой процесс как транскрипция (в биологии) протекает в месте непосредственного хранения наследственной информации. У эукариотических клеток это клеточное ядро, а у доядерных форм жизни — цитоплазма.

Вирусный фермент обратная транскриптаза работает в ядре инфицированных клеток. При этом нуклеиновые кислоты митохондрий, представляющие собой набор генов, также проходят стадию транскрипции.

В биологии и генетике характер протекания этих процессов пока неизвестен.

Но факт наличия митохондриальных болезней человека, которые наследуются потомками, подтверждает репликацию ДНК, для чего необходимым этапом является транскрипция. Это значит, что такой процесс может протекать в нескольких клеточных структурах: у эукариот это митохондрии и клеточное ядро, а у прокариот — в цитоплазме и плазмидах.

Локализация биосинтетических процессов

Локализации, где происходят транскрипция и трансляция (в биологии), различны, потому как синтез белковых молекул просто не может происходить в клеточном ядре. Сборка первичной структуры происходит на рибосомальном аппарате клетки, который преимущественно сконцентрирован в цитоплазме на мембране шероховатой эндоплазматической сети.

Синтез в высокоразвитых клетках, которые отличаются высокой скоростью сборки новых белковых молекул, происходит преимущественно на полирибосомах. Но в клетках бактерий и узкоспециализированных клеток биосинтез может протекать на разрозненных рибосомах в цитоплазме. Вирусные тельца не имеют своего синтетического аппарата и органелл, а потому эксплуатируют структуры инфицированных клеток.

Источник: http://fjord12.ru/article/358890/transkriptsiya-v-biologii-translyatsiya-i-biosintez-belka

Конспект “Биосинтез белка”

Метаболизм – обмен веществ состоит из двух, одновременно идущих, процессов.

Первый  – энергетический обмен ЭДРК, в результате него синтезируются молекулы АТФ – макроэргическое вещество.

Второй – пластический обмен ПАСА, в результате него синтезируются биополимеры, в частности, белок.

Строительство объекта (белка) требует наличия:

  • строительного материала – нуклеотды
  • бензина – энергия АТФ митохондрий
  • транспорта, подвозящего стройматериалы – т-РНК
  • строительной площадки – шероховатая ЭПС
  • проекта – последовательность нуклеотидов ДНК
  • курьера, привозящего  проект на стройплощадку – и- РНК
  • рабочих, строящих белок – рибосомы

Процесс делится на три этапа:

 транскрипция (лат. “transcriptio”– переписывание) ,

 процессинг  (англ. processing < лат. processus действие)

 трансляция (лат. “translatio” – перевод).

Транскрипция  и процессинг осуществляются в ядре клетки.

Транскрипция :

Молекула ДНК закрученная, двуцепочная.

Раскручивает её фермент РНК – полимераза.

На одной из цепей ДНК синтезируется и-РНК по принципу комплиментарности.

Начинается переписывание с 3'- конца  ДНК, здесь  триплет под названием промотор.

Молекула РНК представляет собой, как бы слепок с формы ДНК.

Заканчивается транскрипция на триплете – терминатор, это сигнал к прекращению синтеза молекулы и-РНК на 5΄ – конце.

Процессинг – созревание и-РНК включает в себя:

  • выстригание триплетов, бессмысленных, не несущих генетическую информацию, «запятых» 
  •  сшивание триплетов, с важной генетической информацией.

 Затем зрелая и-РНК, окружается защитным белком,через поры в мембране ядра выходит в агрессивную среду цитоплазмы, и начинается трансляция.

Трансляция.

осуществляется в цитоплазме, на рибосомах шероховатой эндоплазматической сети

и-РНК поступает в рибосому и как бы прошивает ее

отрезок и-РНК  в рибосоме – кодон (триплет) соединяется по принципу комплиментарности с триплетом (антикодоном)  т- РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту

к следующему, соседнему участку и-РНК присоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой

и так далее, до тех пор, пока не будет считана вся цепочка и-РНК, и пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулу белка

 в процессе синтеза белка участвует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы. 

Свойства генетического кода.

   Свойства кода:

        1) Код триплетен

        2) Код однозначен

        3) Код избыточен

        4) Код универсален

         5) Код непрерывен 

Подобрать по смыслу соответствующую характеристику.

            Характеристики свойств:

        А.  Каждая аминокислота может определяться более чем одним триплетом (это резерв на случай повреждения другого триплета)

Б. Три нуклеотида несут информацию об одной аминокислоте(три буквы азотистых оснований подряд).

        В. У животных, растений, грибов, бактерий и вирусов генетический код одинаков.

        Г. Один и тот же триплет несет информацию только об одной аминокислоте (нельзя, что бы появилась другая аминокислота, будет мутация).

        Д. Между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

  Фраза:                   жил был кот тих был сер мил мне тот кот

 Смысл написанного понятен, несмотря на отсутствие «знаков препинания».

Если же мы уберем в первом слове одну букву (один нуклеотид в гене), но читать будем также тройками букв, то получится бессмыслица:

                              илб ылк отт ихб ылс ерм илм нет отк от

Нарушение смысла возникает и при выпадении одного или двух нуклеотидов из гена. Белок, который будет считываться с такого испорченного гена, не будет иметь ничего общего с тем белком, который кодировался нормальным геном.

Матричная природа синтеза белков обеспечивает высокую точность воспроизведения информации.  И жизнь в этом смысле зависит от точности передачи наследственной  информации. 

Источник: http://polseal.blogspot.com/2013/07/blog-post_4502.html

Биосинтез белка (транскрипция). Механизм транскрипции

Свойства

Генетический код и его свойства.

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода.

В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе).

В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Белки практически всех живых организмов построены из аминокислот всего 20 видов. Эти аминокислоты называют каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.

Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов.

Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека.

Транскри́пция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3'->5'

Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации.

Механизм действия

Инициация. Последовательность ДНК, транскриби­рующаяся в одну иРНК, начинающаяся промотором на 5'-конце и заканчивающаяся терминатором на 3'-конце, является единицей транскрипции и соответствует совре­менному понятию «ген».

Контроль экспрессии генов может осуществляться на этапе инициации транскрипции. На этом этапе РНК-полимераза распознает промотор фрагмент длиной 41-44 п.н. Транскрипция ДНК происходит в направлении 5'—3', или слева направо.

Предполагается, что последовательность ТАТА контролирует выбор стартового нуклеотида, а ЦААТ — первичное связывание РНК-полимеразы с ДНК-матрицей.

Элонгация. Стадия элонгации иРНК имеет ряд ана­логий с элонгацией ДНК. В качестве предшественников для нее необходимы рибонуклеозидтрифосфаты. Этап элонгации транскрипции, т.е. рост цепи иРНК, происходит путем присоединения рибонуклеозидмонофосфатов к 3'-концу цепи с одновременным освобождением пирофосфата.

Копирование у эукариот обычно осуществляется на ограниченном участке ДНК (т.е. в пределах гена), хотя у прокариот в ряде случаев транскрипция может проходить последовательно через несколько сцепленных генов (цистронов), формирующих единый оперон, и с одного общего промотора. В таком случае образуется полицистронная иРНК.

Терминация. Транскрипция завершается в специфи­ческом участке ДНК, содержащем терминирующую по­следовательность. В клетках Е. сoli выявлен особый белок (ро-фактор), повышающий точность терминации.

Белок присоединяется к 5'-концу растущей иРНК и продви­гается по ней, постепенно приближаясь к ДНК и как бы преследуя РНК-полимеразу. В момент, когда РНК-полиме­раза останавливается в сайте-терминаторе, фермент захватывается ро-фактором и сбрасывается с ДНК.

Терминатор содержит особую последовательность основа­ний, прочитывающуюся одинаково в обеих цепях ДНК, но в противоположных направлениях. Например,

5' ЦЦА ТГГ 3' 3' ГГТ АЦЦ 5'

Источник: https://studlib.info/biologiya/2191962-biosintez-belka-transkripciya-mekhanizm-transkripcii/

Биосинтез РНК (транскрипция)

Транскрипция – синтез молекулы РНК по матрице ДНК. Биологическая роль: перенос генетической информации с ДНК на РНК. В транскрипции участвуют:

· матрица (программа) – кодирующая нить ДНК;

· субстраты – АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ;

· ферменты – РНК-полимеразы;

· белковые факторы;

· ионы магния, марганца.

Выделяют 3 стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация

На молекуле ДНК имеется особый участок промотор, с которым связывается РНК-полимераза. Промотор иногда называют ТАТА участком (в нём преобладают тимин, аденин, с 2-мя водородными связями между ними).

Рядом с промотором расположены сигнальные участки, определяющие скорость транскрипции. Далее в молекуле ДНК располагаются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки гена.

Читайте также:  Экологические факторы - биология

Участок (сайт) терминации определяет окончание синтеза РНК.

Инициация заключается во взаимодействии иницирующих белков с промотором и расхождении нитей ДНК, их раскручивании и формировании транскрипционной вилки. РНК-полимераза связывается с промоторным участком и по принципу комплементарности соединяет нуклеотиды цепи РНК в направлении от 5 конца к 3.

РНК-полимераза – олигомерный фермент, состоящий из нескольких субъединиц, не требующий затравки. При достижении РНК – полимеразой участка терминации происходит его связывание с белками терминации, что сопровождается отщеплением РНК-полимеразы от ДНК, диссоциацией её и окончанием транскрипции.

Процессинг РНК

Синтезированная РНК переписывает с кодирующей нити ДНК, как кодирующие участки, так и некодирующие участки гена и является про-РНК (незрелой РНК). Про-РНК в последующем подвергается созреванию (процессингу). Существует несколько механизмов процессинга:

  • сплайсинг – вырезание копий интронов и соединение копий экзонов;
  • присоединение к про-РНК добавочных нуклеотидов;
  • модификация азотистых оснований в составе про-РНК.

Особенности процессинга для рРНК, тРНК, иРНК.

Процессинг иРНК заключается в присоединении КЭП – участка и полиаденилового «хвоста» в сочетании со сплайсингом.

Процессинтг тРНК происходит путём метилирования азотистых оснований и добавления акцепторного участка ЦЦА в сочетании со сплайсингом.

Процессинтг рРНК заключается в вырезании из большого предшественника фрагментов всех видов РНК: 18S; 5S; 5,8S; 28S.

Возможен альтернативный сплайсинг, который состоит в том, что для различных видов белков интроны могут служить экзонами.

Возможен и безматричный синтез РНК. Он происходит из нуклеозиддифосфатов при участии фермента полинуклеотидфосфорилазы. Данным способом синтезируются стандартные, небольшие молекулы РНК, необходимые для синтеза стандартных белков.

Таким образом, передача генетической информации происходит в следующем направлении: ДНК→ РНК→ белок. Однако, в некоторых фагах, эмбриональных тканях возможен синтез ДНК по матрице РНК (РНК→ДНК). Этот вариант синтеза катализирует фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза). В вирусах возможен также вариант синтеза РНК→РНК при участии РНК-репликазы.

Биосинтез белков (трансляция)

Основной структурой синтезируемых белков является первичная структура (последовательность аминокислот в полипептидной цепи), которая заложена в генетическом коде ДНК.

Характеристика генетического кода

Генетический код имеет ряд характеристик.

1. Триплетность – 1 аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Из 4 видов нуклеотидов ДНК при триплетности кода возможно 64 различных сочетания, что достаточно для кодирования 20 аминокислот.

2. Однозначность – 1 триплет кодирует только 1 аминокислоту.

3. Вырожденность – для кодирования 1 аминокислоты может быть несколько триплетов

4. Непрерывность – между триплетами отсутствуют нуклеотиды, не принадлежащие соседним триплетам.

5. Неперекрываемость – один нуклеотид не может одновременно принадлежать 2-м триплетам.

6. Универсальность – код в разных организмах одинаков, отвечает за одни и те же аминокислоты.

Таким образом, код ДНК является линейным, непрерывным и однонаправленным. Последовательность нуклеотидов строго соответствует последовательности аминокислот в синтезируемом белке – принцип коллинеарности.

Трансляция

Для трансляции необходимы следующие факторы:

· все виды РНК (тРНК, иРНК, рРНК);

· аминокислоты в активной форме;

· макроэрги;

· ферменты;

· добавочные белковые факторы;

· ионы Mg2+.

На первой подготовительной стадии происходит активация аминокислот и связывание их со «своей» транспортной РНК. В этой стадии участвуют ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы. Это специфичные ферменты, обеспечивающие соединение аминокислоты с соответствующей тРНК.

Инициация синтеза белка происходит при образовании инициирующего комплекса, который включает в себя инициирующий кодон (АУГ, АГУ) иРНК, аминоацил – тРНК, рибосому. Информационная РНК своим КЭП-участком соединяется с малой субъединицей рибосомы.

К инициирующему кодону присоединяется тРНК с первой аминокислотой (чаще всего метионином). К малой субъединице присоединяется большая субъединица рибосомы, и на рибосоме формируется два функциональных участка: пептидильный (Р-участок) и аминоацильный (А-участок).

Первая тРНК с первой аминокислотой присоединяется к Р-участку, а А-участок оказывается свободным.

Инициация Элонгация

Элонгация включает в себя замыкание пептидной связи, транслокацию рибосомы по иРНК с использованием энергии ГТФ и АТФ. К свободному А-участку присоединяется своим антикодоном вторая тРНК со второй аминокислотой.

Под действием фермента пептидилтрансферазы первая аминокислота отрывается от первой тРНК и присоединяется ко второй аминокислоте с формированием дипептида. В последующем происходит смещение (транслокация) рибосомы по иРНК на расстояние трёх нуклеотидов.

При этом вторая тРНК с дипептидом оказывается в пептидильном участке, а аминоацильный участок освобождается. Первая тРНК перемещается из рибосом в цитозоль для соединения с новой аминокислотой, а к А-участку присоединяется третья тРНК с третьей аминокислотой. Затем дипептид переносится на третью аминокислоту сообразованием трипептида.

Синтез полипептидной цепи белка осуществляется в направлении от N-конца к С-концу. В процессе трансляции тРНК выполняет своеобразную адапторную роль в переводе четырёхзначной информации иРНК в двадцатизначную информацию в белках.

Элонгация Транслокация

Терминация происходит при приближении белоксинтезирующего комплекса к терминирующему кодону иРНК (УАГ, УГА). Этому кодону не соответствует ни одна из тРНК, поэтому не приносится новая аминокислота, и синтез белка обрывается.

Источник: https://cyberpedia.su/9x12a59.html

Биосинтез белка (реализация наследственной информации)

Важнейшие функции организма – обмен веществ, рост, развитие, передача наследственности, движение и др. – осуществляются в результате множества химических реакций с участием белков, нуклеиновых кислот и других биологически активных веществ.

При этом в клетках непрерывно синтезируются разнообразные соединения: строительные белки, белки-ферменты, гормоны. В ходе обмена эти вещества изнашиваются и разрушаются, а вместо них образуются новые.

Поскольку белки создают материальную основу жизни и ускоряют все реакции обмена веществ, жизнедеятельность клетки и организма в целом определяется способностью клеток синтезировать специфические белки. Их первичная структура предопределена генетическим кодом в молекуле ДНК.

Молекулы белков состоят из десятков и сотен аминокислот (точнее, из аминокислотных остатков). Например, в молекуле гемоглобина их около 600, и они распределены в четыре полипептидные цепочки; в молекуле рибонуклеазы таких аминокислот 124 и т. д.

Главная роль в определении первичной структуры белка принадлежит молекулам ДНК. Разные ее участки кодируют синтез разных белков, следовательно, одна молекула ДНК участвует в синтезе многих индивидуальных белков. Свойства белков зависят от последовательности аминокислот в полипептидной цепи.

В свою очередь чередование аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК, и каждой аминокислоте соответствует определенный триплет. Экспериментально доказано, что, например, участок ДНК с триплетом ААЦ соответствует аминокислоте лейцину, триплет АЦЦ – триптофану, триплет АЦА-цистеину и т.д.

Распределив молекулу ДНК на триплеты, можно представить, какие аминокислоты и в какой последовательности будут располагаться в молекуле белка.

Совокупность триплетов составляет материальную основу генов, а каждый ген содержит информацию о структуре специфического белка (ген – это основная биологическая единица наследственности; в химическом отношении ген есть участок ДНК, включающий несколько сотен пар нуклеотидов).

Генетический код – исторически сложившаяся организация молекул ДНК и РНК, при которой последовательность нуклеотидов в них несет информацию о последовательности аминокислот в белковых молекулах.

Свойства кода: триплетность (кодон), неперекрываемость (кодоны следуют друг за другом), специфичность (один кодон может определять в полииептидной цепи только одну аминокислоту), универсальность (у всех живых организмов один и тот же кодон обусловливает включение в полипептид одну и ту же аминокислоту), избыточность (для большинства аминокислот существует несколько кодонов). Триплеты, не несущие информации об аминокислотах, являются стоп триплетами, обозначающими место начала синтеза и-РНК. (В.Б. Захаров. Биология. Справочные материалы. М.,1997)

Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником служит и РНК, на которую нуклеотидная последовательность переписывается, в точном соответствии с таковой на ДНК – по принципу комплементарности.

Этот процесс получил название транскрипции и протекает как реакция матричного синтеза. Он характерен только для живых структур и лежит в основе важнейшего свойства живого – самовоспроизведения. Биосинтезу белка предшествует матричный синтез иРНК на нити ДНК.

Возникшая при этом иРНК выходит из ядра клетки в цитоплазму, где на нее нанизываются рибосомы, сюда же с помощью тРЙК доставляются аминокислоты.

Синтез белка – сложный многоступенчатый процесс, в котором участвуют ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты. Вначале аминокисдоты в цитоплазме активируются с помощью ферментов и присоединяются к тРНК (к участку, где расположен нуклеотид ЦЦА).

На следующем этапе идет соединение аминокислот в таком порядке, в каком чередование нуклеотидов с ДНК передано на иРНК. Этот этап называется трансляцией. На нити иРНК размещается не одна рибосома, а группа их – такой комплекс называется полисома (Н.Е. Ковалев, Л.Д. Шевчук, О.И. Щуренко.

Биология для подготовительных отделений медицинских институтов).

Схема Биосинтез белка

ПОЯСНЕНИЕ К СХЕМЕ БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Синтез белка состоит из двух этапов – транскрипции и трансляции.

I. Транскрипция (переписывание) – биосинтез молекул РНК, осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза. При помощи ферментов на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК (иРНК, рРНК, тРНК). Синтезируется 20 разновидностей тРНК, так как в биосинтезе белка принимают участие 20 аминокислот. Затем иРНК и тРНК выходят в цитоплазму, рРНК встраивается в субъединицы рибосом, которые также выходят в цитоплазму. II. Трансляция (передача) – синтез полипептидных цепей белков, осуществляется в рибосомах. Она сопровождается следующими событиями: 1. Образование функционального центра рибосомы – ФЦР, состоящего из иРНК и двух субъединиц рибосом. В ФЦР всегда находятся два триплета (шесть нуклеотидов) иРНК, образующих два активных центра: А (аминокислотный) – центр узнавания аминокислоты и П (пептидный) – центр присоединения аминокислоты к пептидной цепочке. 2. Транспортировка аминокислот, присоединенных к тРНК, из цитоплазмы в ФЦР. В активном центре А осуществляется считывание антикодона тРНК с кодоном иРНК, в случае комплементарностн возникает связь, которая служит сигналом для продвижения (скачок) вдоль иРНК рибосомы на один триплет. В результате этого комплекс “кодон рРНК и тРНК с аминокислотой” перемещается в активный центр П, где и происходит присоединение аминокислоты к пептидной цепочке (белковой молекуле). После чего тРНК покидает рибосому.

3. Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция и рибосома не соскочит с иРНК. На одной иРНК может умещаться одновременно несколько рибосом (полисома).

Полипептидная цепочка погружается в канал эндоплазматиче-ской сети и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуру. Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200-300 аминокислот, составляет 1-2 мин.

Формула биосинтеза белка: ДНК (транскрипция) –> РНК (трансляция) –> белок.

Рис. Этапы реализации наследственной информации при синтезе белка I- транскрипция, II – трансляция Завершив один цикл, полисомы могут принять участие в синтезе новых молекул белка.

Отделившаяся от рибосомы молекула белка имеет вид нити, которая биологически неактивна. Биологически функциональной она становится после того, как молекула приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуру, т. е.

определенную пространственно специфическую конфигурацию. Вторичная и последующие структуры белковой молекулы предопределены в информации, заложенной в чередовании аминокислот, т. е. в первичной структуре белка.

Иначе говоря, программа образования глобулы, ее уникальная конфигурация определяются первичной структурой молекулы, которая в свою очередь строится под контролем соответствующего гена.

Скорость синтеза белка обусловлена многими факторами : температурой среды, концентрацией водородных ионов, количеством конечного продукта синтеза, присутствием свободных аминокислот, ионов магния, состоянием рибосом и др.

Источник: https://www.examen.ru/add/manual/school-subjects/natural-sciences/biology/uchenie-o-kletke/biosintez-belka-realizacziya-nasledstvennoj-informaczii/

04. Биосинтез белка и его механизм. Роль нуклеиновых кислот в этом процессе. Транскрипция

Транскрипция – это синтез молекулы РНК или это процесс переписывания нуклеотидов гена с ДНК в РНК, всегда происходит на стадии двунитевой молекулы ДНК, при этом матрицей служит одна нить, которая называется антикодирующей.

Процесс транскрипции:

  • РНК – копия содержит в себе весь объем информации определенного участка ДНК.
  • РНК сохраняет способность к образованию водородных связей между комплементарными основаниями (так как урацил, присутствующий в РНК вместо тимина спаривается с аденином)
  • Транскрипция отличается от репликации, при этом РНК-копия, после завершения ее синтеза освобождается от ДНК-матрицы, после чего происходит восстановление исходной двойной спирали ДНК.
  • Синтезирующие молекулы РНК имеют одноцепочечную структуру, она короче ДНК и соответствует длине участка ДНК, который достаточен для кодирования одного или нескольких белков.

Особенности данного процесса:

  • В клетках эукариот – прежде чем превратится в и-РНК и попасть в цитоплазму, РНК претерпевает химические изменения.
  • В цитоплазме на каждой и-РНК синтезируются тысячи копий. Скорость этого процесса очень высока.

Генетический код – это аминокислотная последовательность белков. Он был расшифрован в 1961 году учеными Миренберпом и Маттеи, которые установили:

  • Кодирование аминокислот осуществляется триплетами нуклеотидов (кодонами) Из 4-х азотистых оснований можно составить 64 различные комбинации, которых достаточно для кодирования 20 аминокислот.
  • Кодон – это последовательность трех нуклеотидов, в результате которой кодируется определенная аминокислота.
Читайте также:  Семейство лилейных (около 1300 видов) - биология

Последовательность аминокислот в любом белке зависит от последовательности азотистых оснований в ДНК, содержащихся в той клетке, где синтезируется данный белок. Заложенная в ДНК информация считывается в процесс транскрипции матричной РНК (м-РНК) и переносится в белоксинтезирующую систему на рибосомы.

Этапы биосинтеза белка

1 этап – этап активации аминокислот

Компоненты:

  • 20 аминокислот
  • 20 ферментов аминоацил-т-РНК-синтетаз
  • 20 и более т-РНК, а также АТФ и ионы Мg²+

На этом этапе осуществляется АТФ-зависимые превращения аминокислот в аминоацил-т-РНК. Этап протекает в две стадии:

  • из аминокислоты и АТФ образуется аминоацил-аденилат – это активированное соединение (ангидрид), в котором карбоксильная группа аминокислоты соединена с фосфатной группой адениновой кислоты.
  • аминоацидная группа аминоацил-аденилата переносится на молекулу соответствующей т-РНК. В результате образуется аминоацил-т-РНК – это активированное соединение, участвующее в биосинтезе белка. Этот процесс активизируется аминоцаил-т-РНК-синтетазами.

Во всех случаях на 2-ой стадии активированная аминокислота присоединяется к остатку адениловой кислоты, или адениловому нуклеотиду в триплете ЦЦА (ССА) на третьем конце молекулы т-РНК (3’-Т-РНК).

Молекулы т-РНК переводят информацию, заключенную в и-РНК на язык белка. Таким образом, генетический код расшифровывается с помощью двух адаптаров: это т-РНК и аминоцаил-т-РНК-синтетаза, в результате чего каждая аминокислота может занять место, определенное ей триплетной нуклеотидной последовательностью в и-РНК, т. е. своим кодоном.

Для дальнейшего синтеза необходимы рибосомы. Синтез белков, входящих в состав рибосомной структуры, происходит цитоплазме, самосборка – в ядрышке за счет взаимодействия молекул белков и рибосомной РНК при участии ионов Мg²+.

р-РНК выполняет роль каркасов для упорядоченного расположения рибосомных полипептидов.

Суб-частицы в рибосоме расположены несимметрично, имеют неправильную форму, и соединены друг с другом так, что между ними остается бороздка, через которую проходит молекула и-РНК в процесс синтеза полипептидной цепи, а также 2-ая бороздка, удерживающая растущую полипептидную цепь.

2 этап – Инициация полипептидной цепи

Компоненты:

  • и-РНК, гуанозинтрифосфат (ГТФ), ионы Мg²+
  • N-формилметионил-т-РНК
  • Инициирующий кодон в и-РНК
  • Рибосомные субчастицы (30S, 50S)
  • Факторы инициации (IF 1;2;3)

У E. coli и других прокариот N-концевой аминокислотой при сборке полипептидной цепи всегда является остаток N-формилметианила.

Стадии образования инициирующего комплекса:

Первая стадия:

  • В результате взаимодействия 30S субъединицы (субчастицы) и фактора инициации образуется структура, в которой белок препятствует ее ассоциации с 50S субчастицей.
  • Присоединение к 30S субчастице и-РНК достигается с помощью инициирующего сигнала, представляющего собой богатую пуриновыми основаниями последовательность, центр которой находится на расстоянии 10 нуклеотидов от 5’-конца инициирующего кодона и-РНК.
  • Первый транслируемый кодон расположен на расстоянии 25 нуклеотидов от 5’ конца.
  • Инициирующий сигнал, представленный коротким участком и-РНК, в результате взаимодействия с комплементарной последовательностью нуклеотидов, расположенных с 3-го конца 30S субчастицы, способствует фиксированию и-РНК в нужном для инициации положении.
  • Это взаимодействие обеспечивает правильное положение инициирующего кодона на 30S субчастице.

Второй стадия:

  • К комплексу, состоящему из 30S субчастицы, фактора инициации и и-РНК, присоединяются ранее связавшиеся с N-формилметионилом т-РНК, второй фактор инициации и гуанозин-трифосфат (ГТФ).
  • Возникновение функционально активной 70S рибосомы а результате присоединения 50S-рибосомной субчастицы к ранее образовавшейся комплексной структуре.

Третья стадия – приготовление инициирующего комплекса к продолжению процесса трансляции.

3 этап – Элонгация. На этой стадии происходит синтез полипептидной цепи.

Компоненты:

  • Инициирующий комплекс – 70S рибосома.
  • Набор аминоацил-т-РНК
  • Фактор элонгации, цианозинтрифосфат (ГТФ)
  • Пептидилтрансфераза, ионы Мg²+

Элонгация – это циклический процесс. Стадии элонгации:

  • 1 стадия – образование аминоацил-т-РНК, которая является комплементарным кодон-антикодоновым взаимодействием, а также специфической связью между участками молекул т-РНК и р-РНК.
  • 2 стадия – подготовка для вступления остатков аминокислот в реакцию образования пептидной связи.
  • 3 стадия (транслокация) – это перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один кодон. На образование однопептидной связи затрачивается энергия гидролиза 2-х молекул ГТФ.

На третьей стадии:

  • Свободная т-РНК отделяется и уходит в цитоплазму.
  • В дальнейшем аминоацильный участок вновь подготовлен для связывания очередной аминоацил-т-РНК, антикодон который комплементарен следующему кодону и-РНК – начинается новый цикл элонгации.

4 этап – Терминация.

Компоненты:

АТФ Терминирующий кодон и-РНК.

Факторы освобождения полипептида:

  • Рост полипептидной цепи продолжается, пока один из 3-х терминирующих кодонов (УАА, УГА, УАГ) не поступит в рибосому. В этом случае кодон-антикодо-нового взаимодействия не происходит.
  • К терминирующему кодону присоединяется ответственный за терминацию фактор, в результате прекращается дальнейший рост белковой цепи.
  • Синтезируемый белок, и-РНК и т-РНК определяются от рибосомы.
  • И0РНК распадается до свободных рибонуклеидов, а т-РНК и рибосомы, распавшись на две субъединицы, участвуют в новых циклах трансляции.

5 этап – Процессинг

Компоненты:

  • Специфические ферменты
  • Кофакторы

Образующиеся полипептидные цепи формируют более сложные белки или управляют процессами метаболизма в качестве ферментов.

На одной молекуле и-РНК работает несколько и более (до 100) рибосом. Они образуют полисому, и на каждой рибосоме строится своя полипептидная цепь (в биосинтезе гемоглобина участвуют полсомы из 5-6 рибосом).

Отличие биосинтеза белка

  • У прокариот – транскрипция и трансляция связаны между собой и синтез белка начинается сразу же на продолжающей синтезироваться молекуле и-РНК.
  • У эукариот – сначала на ДНК синтезируется и-РНК, затем она созревает и только зрелая участвует в трансляции.

Источник: https://vseobiology.ru/konspekty-k-gosam/15-biokhimiya-gos/353-04-biosintez-belka-i-ego-mekhanizm-rol-nukleinovykh-kislot-v-etom-protsesse-transkriptsiya

Презентация по биологии 10 класс “Биосинтез белка. Трансляция”

Инфоурок › Биология › Презентации › Презентация по биологии 10 класс “Биосинтез белка. Трансляция”

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Биология 10 класс Биосинтез белка. Транскрипция. МБОУ «Школа№127» г. Нижний Новгород Выполнила учитель биологии Трусова Светлана Викторовна

2 слайд Описание слайда:

Введение Все свойства любого организма определяются его белковым составом. Причём структура каждого белка, определяется последовательностью аминокислотных остатков.

Обязательным условием существования всех живых организмов является способность синтезировать белковые молекулы.

Наследственная информация, которая передаётся из поколения в поколение, должна содержать сведения о первичной структуре белков.

3 слайд Описание слайда:

Набор сочетаний из трёх нуклеотидов, кодирующих 20 типов аминокислот, входящих в состав белков, называют генетическим кодом.

4 слайд Описание слайда:

Свойства генетического кода Триплетность – каждая аминокислота кодируется 3 парами нуклеотидов (триплетом). Белок 20 аминокислот 64 триплета Однозначность (специфичен) – один триплет не может кодировать две разные аминокислоты.

ААА – фен ГАТ – лей ТТТ – лиз Избыточность (вырожденность) – каждая аминокислота может определяться более чем одним триплетом ГГА, ГГГ, ГГТ, ГГЦ – про Неперекрываемость – любой нуклеотид может входить в состав только одного триплета АТА – ТАГ – ГАТ АТ – АТА – ГГА – Т

5 слайд Описание слайда:

Свойства генетического кода Универсальность – у всех живых организмов один и тот же триплет кодирует один и тот же тип аминокислоты, т.е. генетический код одинаков для всех живых существ на Земле.

Полярность – из 64 кодовых триплетов 61 кодон – кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 нуклеотида – бессмысленные, не кодируют аминокислоты, терминирующие синтез полипептида при работе рибосомы (УАА, УГА, УАГ).

Кроме того есть кодон – инициатор (метиониновый), с которого начинается синтез любого полипептида.

6 слайд Описание слайда:

РЕАКЦИИ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА Особая категория реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану заложенному в структуре молекул – матриц.

На одной молекуле – матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул – копий.

Реакция матричного синтеза Характеристика процесса Репликация СинтезДНК на матрице ДНК Транскрипция СинтезРНК на матрице ДНК Трансляция Синтез полипептида на матрице РНК Обратная транскрипция СинтезДНК на матрице РНК

7 слайд Описание слайда:

Участники биосинтеза белка Аминокислоты Ферменты Рибосомы РНК – рРНК, тРНК, иРНК Биосинтез белка

8 слайд 9 слайд Описание слайда:

Этапы биосинтеза Транскрипция Трансляция

10 слайд Описание слайда:

ДНК транскрипция И-РНК трансляция белок Матрица для синтеза Матрица для синтеза В ядре В цитоплазме на рибосомах

11 слайд Описание слайда:

терминатор промотор оператор репрессор Схема организации и регуляции оперона прокариот Гены, несущие информацию о белках, выполняющих одну функцию расположены рядом и составляют оперон Оперон начинается с промотора – посадочной площадки для фермента РНК-полимеразы Затем идет оператор – начало синтеза и-РНК Репрессор – регулятор начала синтеза Терминатор – конец синтеза ДНК

12 слайд Описание слайда:

Транскрипция Транскрипция – перенос информации с ДНК на и-РНК. В транскрипции различают 4 стадии: Связывание РНК – полимеразы с промотором Инициация – начало синтеза и-РНК (по принципу комплементарности) Элонгация – рост цепи РНК Терминация – завершение синтеза РНК

13 слайд Описание слайда:

1 цепочка ДНК: ГТЦ – ТГЦ – АГА – ЦАТ – АТЦ 2 цепочка ДНК: ЦАТ – АЦГ – ТЦТ – ГТА – ТАГ– и-РНК: ГУА – УГЦ – АГА – ЦАУ – АУЦ –

14 слайд Описание слайда:

Закрепление 1. Какой будет последовательность нуклеотидов во второй цепи молекулы ДНК, если одна из цепей ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов: – А-Ц-Т-Т-Г- Г-А-Ц-Т-Г-Т- Ц-А-Т-Г- Определите массу данного фрагмента ДНК.  2.

Указать последовательность оснований и-РНК, которая образовалась в результате транскрипции с молекулы ДНК такого строения: -Г-Ц-Ц-Г-Т-А-Г-Т-А-Г-Т- Г- Ц-Т-А- Определите длину фрагмента И-РНК.  3.

Определите процентное содержание всех нуклеотидов в молекуле ДНК, если адениловые нуклеотиды в данной молекуле ДНК составляют 31% ее молекулярной массы.  4. Химический анализ показал, что молекула ДНК состоит из 682 нитратных оснований. Определите длину молекулы ДНК, если длина одного нуклеотида равна 0,34нм. Найдите массу этой молекулы.  5.

Какой будет последовательность нуклеотидов в одной из цепей молекулы ДНК, если цепочка и-РНК, полученная в результате транскрипции с этой цепи имеет такую последовательность нуклеотидов: -А-У-Г-У-Г-Ц-Г-А-Ц-Ц-А-У-Г-Г-А- Определите массу исходного фрагмента ДНК.

15 слайд Описание слайда:

Литература http://studopedia.su/18_144184_molekulyarnaya-biologiya.html http://zlatmk.ru/vlasov http://www.bmcxtwo.appspot.com/shema-operona-zhakoba-i-mono.html http://old.ssmu.ru/ofice/f4/biochemistry/uthebnik/10.htm http://chemon.ru/causes-of-aging/

16 слайд

Общая информация

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Источник: https://infourok.ru/prezentaciya-po-biologii-klass-biosintez-belka-transkripciya-594234.html

Что такое транскрипция в биологии и как она происходит :

Жизнь в углеродной форме существует благодаря наличию белковых молекул. И биосинтез белка в клетке является единственной возможностью для экспрессии гена.

Но для реализации этого процесса требуется запуск ряда процессов, связанных с «распаковкой» генетической информации, поиска нужного гена, его считывания и воспроизведения.

Термин “транскрипция” в биологии как раз обозначает процесс переноса информации с гена на информационную РНК. Это старт биосинтеза, то есть непосредственной реализации генетической информации.

Хранение генетической информации

В клетках живых организмов генетическая информация локализована в ядре, митохондриях, хлоропластах и плазмидах. В митохондриях и хлоропластах имеется незначительное количество ДНК животных и растений, тогда как плазмиды бактерий являются местом хранения генов, ответственных за быстрое приспособление к окружающим условиям.

В вирусных телах наследственная информация также хранится в виде РНК или ДНК-полимеров. Но процесс ее реализации также связан с необходимостью транскрипции. В биологии этот процесс имеет исключительную важность, так как именно он приводит к реализации наследственной информации, запуская биосинтез белка.

В животных клетках наследственная информация представлена полимером ДНК, который компактно упакован внутри ядра. Потому перед тем синтезом белка или считыванием любого гена должны пройти некоторые этапы: раскручивание конденсированного хроматина и «освобождение» нужного гена, его распознавание ферментными молекулами, транскрипция.

В биологии и биологической химии эти этапы уже изучены. Они приводят к синтезу белка, первичная структура которого была закодирована в считанном гене.

Схема транскрипции в эукариотических клетках

Транскрипция в биологии хоть и изучена недостаточно, но ее последовательность традиционно представляется в виде схемы. Она состоит из инициации, элонгации и терминации. Это значит, что весь процесс делится на три составляющие его явления.

Инициация — это совокупность биологических и биохимических процессов, которые приводят к началу транскрипции. Суть элонгации заключается в продолжении наращивания молекулярной цепочки.

Терминация — это совокупность процессов, которые приводят к прекращению синтеза РНК. Кстати, в контексте биосинтеза белка процесс транскрипции в биологии принято отождествлять с синтезом матричной РНК.

На основании нее позднее будет синтезирована полипептидная цепочка.

Инициация

Инициация — наименее изученный механизм транскрипции в биологии. Что это с точки зрения биохимии, неизвестно. То есть конкретные ферменты, ответственные за запуск транскрипции, совсем не распознаны. Также неизвестными остаются внутриклеточные сигналы и способы их передачи, которые свидетельствуют о необходимости синтеза нового белка. Для цитологии и биохимии это фундаментальная задача.

Читайте также:  Многообразие водорослей - биология

Элонгация

Разделить процесс инициации и элонгации во времени пока нельзя из-за невозможности проведения лабораторных исследований, призванных подтвердить наличие специфических ферментов и триггер-факторов. Потому данная граница весьма условная. Суть процесса элонгации сводится к удлинению растущей цепочки, синтезированной на основе матричного участка ДНК.

Считается, что элонгация начинается уже после первой транслокации РНК-полимеразы и начала присоединения первого кадона к стартовому участку РНК.

В ходе элонгации на деспирализованном и разделенном на две цепочки участке ДНК происходит считывание кадонов по направлению 3'-5'-цепочки.

В это же время растущая цепочка РНК прибавляется новыми нуклеотидами, комплементарными матричному участку ДНК. При этом ДНК «расшивается» на ширину 12 нуклеотидов, то есть на 4 кадона.

Фермент РНК-полимераза движется по растущей цепочке, а «сзади» ее происходит обратное «сшивание» ДНК в двухцепочечную структуру с восстановлением водородных связей между нуклеотидами.

Это отчасти отвечает на вопрос о том, какой процесс называется транскрипцией в биологии.

Именно элонгация является главной фазой транскрипции, потому как в ее ходе собирается так называемый посредник между геном и синтезом белка.

Терминация

Процесс терминации в транскрипции эукариотических клеток слабо изучен.

Пока что ученые сводят его суть к прекращению считывания ДНК у 5'-конца и присоединения группы адениновых оснований к 3'-концу РНК.

Последний процесс позволяет стабилизировать химическую структуру полученной РНК. В бактериальных клетках имеется два вида терминации. Это Rho-зависимый и Rho-независимый процесс.

Первый протекает в присутствии Rho-белка и сводится к простому обрыву водородных связей между матричным участком ДНК и синтезированной РНК.

Второй, Rho-независимый, происходит после появления стебель-петли, если за ней имеется совокупность урациловых оснований. Эта комбинация приводит к отсоединению РНК от матрицы ДНК.

Очевидно, что терминация транскрипции — это ферментативный процесс, однако конкретных его биокатализаторов пока найти не удается.

Вирусная транскрипция

Вирусные тельца не имеют собственной системы биосинтеза белка, а потому не могут размножаться без эксплуатации клеток. Но вирусы имеют свой генетический материал, который нужно реализовывать, а также встраивать в гены зараженных клеток.

Для этого они имеют ряд ферментов (или эксплуатируют ферментные системы клетки), которые транскрибируют свою нуклеиновую кислоту. То есть этот фермент на основании генетической информации вируса синтезирует аналог матричной РНК.

Но он представляет собой совсем не РНК, а ДНК-полимер, комплементарный генам, например, человека.

Это полностью нарушает традиционные принципы транскрипции в биологии, что следует рассмотреть на примере вируса HIV.

Его фермент ревертаза из вирусной РНК способен синтезировать ДНК, комплементарную нуклеиновой кислоте человека. При этом процесс синтеза комплементарной ДНК на основании РНК называется обратной транскрипцией.

Это в биологии определение процесса, ответственного за встраивание наследственной информации вируса в геном человека.

Источник: https://www.syl.ru/article/358573/chto-takoe-transkriptsiya-v-biologii-i-kak-ona-proishodit

Фламинго-НН

Транскрипция и трансляция

Ген (греч. génesis — происхождение) — это элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК).

Существование дискретных наследственных факторов предположил Грегор Мендель в 1865 году, а в 1909 году В. Иогансен назвал их генами. 

Ген — участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепочки или молекулы рРНК и тРНК. Таким образом, ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

Матричная и кодирующая цепи ДНК

Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей, или смысловой, вторая, комплементарная кодирующей цепи, — матричной.

Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции, или синтеза мРНК) в качестве матрицы выступает только одна — матричная — цепь ДНК. Продукт же этого процесса — мРНК — по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые).

Таким образом, получается что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК.

Информация на кодирующей цепи записана в направлении от 5'-конца к 3'-концу. И этот же конец принято считать 5'-концом всего гена (хотя у его матричной цепи здесь находится 3'-конец).

Всего на длинной молекуле ДНК находится несколько тысяч генов. И, как правило, для всех этих генов кодирующей является одна и та же цепь ДНК.

Но иногда бывает иначе: для одних генов в качестве смысловой выступает одна цепь ДНК, а для других генов — противоположная цепь. Такие гены, очевидно, читаются в разных направлениях.

Подобная ситуация обнаружена, в частности, некоторых генов у дрозофилы.

Значение биосинтеза белка в процессах жизнедеятельности

Каждая живая клетка создаёт вещества, образующие её организм. Этот процесс называют биосинтезом. Реакции, обеспечивающие этот процесс, ферментативные, связаны с потреблением энергии и функцией внутриклеточных структур. Например, синтез углеводов в растительной клетке связан с энергией света и хлоропластами, а биосинтез белка — с энергией химических связей АТФ и рибосомами.

В биосинтезе молекул белка участвуют 20 видов аминокислот, разные виды РНК и многочисленные рибосомы, расположенные на мембранах ЭПС.

Биосинтез протекает в течение всей жизни клетки, но для каждого вида ткани характерны специфические белки. В костной ткани это оссеин, в мышечной — актин и миозин, в крови фибриноген, антитела и др. Каждый белок имеет свой состав аминокислот и последовательность их соединения, что определяет функции и свойства белковой молекулы.

Для продолжения изучения темы Вам необходимо вспомнить особенности строения молекулы ДНК.

ДНК служит матрицей для синтеза иРНК, которая переносит наследственную информацию из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной цепи.

Возникшая цепочка иРНК через некоторое время отделяется от ДНК, направляется через ядерные поры в каналы ЭПС и доставляется на рибосомы. Синтез иРНК происходит на одной из нитей ДНК, точка начала синтеза — промотор, точка окончания — терминатор.

Процесс синтеза иРНК называют транскрипция. иРНК — это продукт, содержащий копии гена или группы генов.

Транскрипция

Структура любой белковой молекулы закодирована в ядерной ДНК, которая непосредственного участия в её синтезе не принимает. Она служит лишь матрицей для синтеза информационной РНК (иРНК), которая является переносчиком наследственной информации из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной нити белка.

Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий.

При биосинтезе часть молекулы ДНК расщепляется на две цепочки, на одной из которых синтезируется иРНК. Она представляет собой негативную фотографию последовательности нуклеотидов ДНК.

Этот процесс считывания информации обеспечивается работой фермента —полимераза, которая, двигаясь по расплетённому участку ДНК, подбирает с учётом комплементарности нуклеотиды и соединяет их.

Эта иРНК содержит полную информацию о порядке расположения аминокислот в белке.

Роль тРНК в биосинтезе белка. Трансляция

К месту сборки белка поступают аминокислоты. Сюда их доставляют тРНК. Эти молекулы имеют форму клеверного листа, на вершине которого находятся три нуклеотида — триплет, или антикодон, кодирующий определённую аминокислоту.

Каждая тРНК может соединиться лишь с одной молекулой аминокислоты и доставить её к рибосоме. Например: антикодон в тРНК АЦГ комплементарен триплету УГЦ в иРНК. Эти два триплета кодируют аминокислоту серин. В ДНК серину будет соответствовать триплет АЦГ. Сравнение триплетов ДНК и тРНК показывает, что они одинаковы.

Активацию определённой аминокислоты осуществляет свой особый фермент.

Механизм активации заключается в том, что фермент одновременно взаимодействует с аминокислотой и с АТФ, которая при этом теряет пирофосфат.

Образуется тройной комплекс из фермента, аминокислоты и тРНК, способный сразу образовывать пептидную связь. Без такого взаимодействия свободная аминокислота не может образовывать пептидную связь.

Трансляция (от лат. translatio — «передача») — процесс синтеза полипептидных цепей на матрице информационной РНК в рибосомах.

На иРНК нанизывается рибосома, и начинается синтез белка. В двух активных центрах рибосомы — А – аминокислотном и Р – пептидном — помещается всего шесть нуклеотидов иРНК (два триплета). К центру А из цитоплазмы всё время подходят разные тРНК с аминокислотами. Здесь происходит узнавание аминокислот.

Если антикодон тРНК и кодон иРНК оказываются комплементарными друг другу, то тРНК вместе с аминокислотой переплывает с помощью ферментов в центр Р, в котором происходит освобождение тРНК от аминокислоты.

Между последней аминокислотой, уже синтезированной части белка, и вновь доставленной аминокислотой возникает пептидная связь.

Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и вновь перемещается в цитоплазму, где снова присоединяет такую же аминокислоту, а рибосома перемещается на один триплет влево. Постепенно за счёт присоединения аминокислот нить белка удлиняется.

Если антикодон тРНК и кодон иРНК не комплементарны, то тРНК с аминокислотой уходят к другим иРНК и рибосомам.

Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция и рибосома не соскочит с иРНК. Полипептидная цепочка погружается в канал ЭПС и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуры.

Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200 — 300 аминокислот, составляет 1 — 2 минуты.

В процессе биосинтеза белка реализуются функции многих веществ и органоидов клетки и используется энергия АТФ.

Регуляция биосинтеза белка

Работа генов в любом организме — прокариотическом или эукариотическом — контролируется и координируется.

Различные гены обладают неодинаковой временной активностью. Одни из них характеризуются постоянной активностью. Это гены, которые отвечают за синтез белков, необходимых или организму на протяжении всей жизни, например ферменты.

Большинство генов обладает непостоянной активностью, они синтезируются, когда это необходимо клетке.

Различают структурные и регуляторные белки клетки. Структурные выполняют ферментативную, транспортную и структурную функции, а регуляторные управляют синтезом структурных генов.

Регуляция синтеза белка осуществляется на всех его этапах. Регуляция происходит на генетическом уровне. Есть сложный механизм «включения» и «выключения» генов на разных этапах жизни клетки на уровне оперона.

Оперон — совокупность генов, которые расположены рядом на ДНК, контролируют один процесс и регулируются одними и теми же элементами.

Оперон является функциональной единицей транскрипции у прокариот.

В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы. Структурные гены кодируют белки, осуществляющие последовательно этапы биосинтеза какого-либо вещества. Их может быть один или несколько, в ходе транскрипции они работают как единый ген. На них синтезируется единая молекула иРНК.

Регуляторные элементы

Промотор — это место начала транскрипции. Оно представлено нуклеотидами ДНК, с которыми связывается белок-фермент РНК-полимераза. Промотор определяет, какая из двух цепей будет служить матрицей для и-РНК.

Оператор — участок связывания регуляторного белка с ДНК. Этот белок репрессор, т.е. подавитель или белок-активатор процесса транскрипции. Оператор — это начало считывания генетической информации.

На работу этих белков влияют вещества субстраты, которые могут взаимодействовать с белком-репрессором, освобождая проход для полимеразы, обеспечивая этим синтез и-РНК.

Пока репрессор находится на операторе, полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез.

Терминатор — участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.

Регуляция генной активности у эукариот сложнее, чем у бактерий.

В отличие от прокариот, образующиеся в ядре иРНК подвергаются ряду изменений. Сначала синтезируется длинная иРНК, а затем ферменты вырезают из неё участки, не несущие информацию о строении белка.

У эукариот, наряду с регуляторными процессами, влияющими на функции отдельной клетки, существуют системы регуляции целого организма. Гормоны образуются в клетках желёз внутренней секреции и с кровью разносятся по всему телу; регулируют процессы синтеза иРНК и белков только в клетках-мишенях.

Гормоны связываются с белками-рецепторами клеточных мембран и включают системы изменения структуры клеточных белков, которые влияют на синтез белков на рибосомах и на транскрипцию определённых генов.

Так, адреналин включает синтез ферментов, расщепляющих гликоген мышц до глюкозы, а инсулин способствует синтезу гликогена из глюкозы в печени.

Особенность эукариотических генов — прерывистость. Это означает, что область гена, кодирующего белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов экзонов и интронов.

 Экзон — это участок ДНК, несущий информацию о структуре белка, Интрон — некодирующая область гена. Во время траскрипции сначала образуется иРНК, несущая информацию об экзонах и интронах, а затем происходит вырезание интронов и сшивание оставшихся экзонов ферментами.

Этот процесс называется сплайсинг. В итоге образуется иРНК, которая служит матрицей для трансляции.

Ген эукариот похож на оперон прокариот, хотя и отличается более протяжённой регуляторной зоной и тем, что он кодирует один белок, а не несколько, как оперон у бактерий. Познание регуляторных механизмов транскрипции и трансляции необходимо для управления процессами реализации генетической информации.

Источник: http://flamingo-nn.ucoz.com/load/obshhaja_biologija/uchenie_o_kletke/transkripcija_i_transljacija/26-1-0-235

Ссылка на основную публикацию