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
Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
Значение биосинтеза белков. Из реакций пластического обмена важнейшее значение имеет биосинтез белков.
В клетке содержатся несколько тысяч разных белков. Следует вспомнить (с. 153), что каждый вид клеток имеет специфические белки, присущие только данному виду клеток. Способность синтезировать именно свои белки передается по наследству от клетки к клетке и сохраняется в течение всей жизни.
Все клетки в течение жизни синтезируют белки, так как в ходе нормальной жизнедеятельности белки постепенно денатурируются, их структура и функции нарушаются. Такие молекулы белков удаляются из клетки и заменяются новыми полноценными молекулами.
Благодаря этому жизнедеятельность клетки сохраняется.
Код ДНК. Основная роль в определении структуры синтезируемого белка принадлежит ДНК. В молекуле нитевидной ДНК заключена информация о первичной структуре белков данной клетки. Отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного определенного белка, называется геном. В молекуле ДНК содержится несколько сотен генов.
Чтобы разобраться в том, каким образом в ДНК запрограммирована первичная структура белка, воспользуемся аналогией. Многие знают об азбуке Морзе, при помощи которой передают сигналы и телеграммы.
По азбуке Морзе все буквы алфавита, знаки препинания и цифры обозначаются комбинациями коротких (точка) и длинных (тире) сигналов. Собрание условных знаков, применяемых для сообщений по телеграфу, радио, называется кодом или шифром.
Азбука Морзе представляет собой пример кода.
В живой природе в процессе эволюции выработался код, называемый кодом ДНК: на молекулах ДНК записана и хранится информация о первичной структуре всех белков данной клетки.
Вспомним, что ДНК представляет собой цепь из последовательно расположенных нуклеотидов (с. 158), а белок — цепь из последовательно расположенных аминокислот (с. 149). Как в коде Морзе каждой букве соответствует определенное сочетание точек и тире, так в коде ДНК определенные сочетания последовательно расположенных нуклеотидов соответствуют определенным аминокислотам в молекуле белка.
Чтобы узнать записанную на молекуле ДНК информацию о первичной структуре белка, нужно знать код ДНК, т. е. знать, какое сочетание нуклеотидов соответствует каждой аминокислоте. Так как нуклеотидов всего 4 вида (с. 159), а аминокислот —20 (с.
149), то очевидно, что каждой аминокислоте соответствует сочетание из нескольких нуклеотидов.
Каждая аминокислота белка кодируется сочетанием трех последовательно расположенных в цепи ДНК нуклеотидов: из 4 элементов по 3 можно составить 64 различных сочетания, что с избытком достаточно для кодирования всех 20 аминокислот.
В настоящее время код ДНК расшифрован полностью (см. табл. на с. 168).
Для каждой аминокислоты точно установлен состав кодирующих ее троек нуклеотидов — триплетов.
В коде ДНК во многих случаях одна и та же аминокислота закодирована не одним триплетом, а несколькими— двумя, четырьмя и даже шестью. Предполагают, что такое свойство кода имеет значение для повышения надежности хранения и передачи наследственной информации.
Среди 64 триплетов, находящихся в таблице, три — УАА, УАГ и УГА — не кодируют аминокислоты (на месте триплетов в нашей таблице генетического кода стоят черточки).
Эти триплеты — сигналы окончания синтеза полипептидной цепи. Необходимость таких триплетов вызвана тем, что в ряде случаев на и-РНК осуществляется синтез нескольких полипептидных цепей.
Для отделения их друг от друга и используются указанные триплеты.
Транскрипция. Синтез белка протекает на рибосомах, а информация о структуре белка зашифрована в ДНК, расположенной в ядре. Как же информация из ядра поступает в цитоплазму к рибосомам? Передача информации осуществляется с помощью и-РНК, которые синтезируются на одной из цепей участка молекулы ДНК — гена — ив точности повторяют его структуру.
Чтобы понять, каким образом состав и последовательность расположения нуклеотидов в гене могут быть «переписаны» на и-РНК, вспомним принцип комплементарности, на основании которого построена двухспиральная молекула ДНК (с. 160). Этот принцип действуете! при синтезе и-РНК. Как это происходит, поясняет рисунок | | .
Против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный нуклеотид и-РНК. (Напомним, что в РНК вместо нуклеотида с азотистым основанием Т присутствует нуклеотид с азотистым основанием У.) Таким образом, против Г днк встает ЦРНК, против Цднк — ГРНК., против А днк — УРНК, против Тднк — АРНК.
В результате образующаяся цепочка и-РНК представляет собой точную копию второй цепи.
Таким путем информация, содержащаяся в гене, как бы переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (лат. «транскрипцио» —переписывание).
Затем молекулы и-РНК направляются к месту синтеза белка, т. е. к рибосомам. Туда же из цитоплазмы поступают аминокислоты, из которых строится белок.
В цитоплазме клеток всегда имеются аминокислоты, образующиеся в результате расщепления белков пищи.
Транспортные РНК. Каждая аминокислота попадает в рибосому в сопровождении специализированной транспортной РНК (т-РНК). Так как в построении природных белков участвуют 20 разных аминокислот, то, очевидно, существуют не менее 20 разных т-РНК.
Известно, что в ряде мест цепочки т-РНК имеются 4—7 последовательных нуклеотидных звеньев, комплементарных друг другу. На рисунке | | эти участки обозначены буквами Л В, В, Г. В этих участках между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи.
В результате возникает сложная петлистая структура, похожая по форме на листок клевера. У его верхушки (на рисунке обозначена буквой Е) расположен триплет нуклеотидов, который по генетическому коду соответствует определенной аминокислоте. Этот триплет называют кодовым триплетом.
У ножки «листка клевера» (на рисунке буква Д) находится участок, связывающий аминокислоту,
Нуклеотидный состав кодовых триплетов т-РНК комплементарен нуклеотидному составу триплетов и-РНК. Так, кодовый триплет аланиновой.
т-РНК — ЦГА (в и-РНК ему комплементарен триплет ГЦУ), кодовый триплет валиновой т-РНК — ЦАА (в и-РНК ему комплементарен триплет ГУУ; проверьте по таблице генетического кода). У т-РНК, изображенной на рисунке | | , кодовый триплет ГУУ.
Этот триплет соответствует аминокислоте лизину — лизиновая т-РНК. Она присоединяет и транспортирует в рибосому аминокислоту лизин.
В таблице приведен состав триплетов, которыми закодированы все 20 аминокислот (названия аминокислот сокращены, см. с. 149). Так как при синтезе полипептидной цепи информация считывается с и-РНК, то назван состав триплетов нуклеотидов и-РНК (в скобках — комплементарные основания ДНК).
Таблица.
Источник: http://www.compendium.su/biology/11klas/12.html
Тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка 9 класс
Тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка для учащихся 9 класса с ответами. Тест включает в себя 24 тестовых задания.
1. Ассимиляция — это
1) выделение энергии 2) распад органических веществ 3) пластический обмен
4) энергетический обмен
2. Диссимиляция — это
1) анаболизм 2) биосинтез 3) пластический обмен
4) энергетический обмен
3. Окисление органических веществ, сопровождающееся синтезом АТФ, носит название
1) анаболизм 2) ассимиляция 3) диссимиляция
4) фотосинтез
4. Биосинтез сложных органических веществ в клетке носит название
1) дыхание 2) ассимиляция 3) диссимиляция
4) катаболизм
5. Универсальными накопителями энергии в клетке являются молекулы
1) аденозинтрифосфорной кислоты 2) рибонуклеиновой кислоты 3) дезоксирибонуклеиновой кислоты
4) различных белков
6. АТФ является
1) нуклеиновой кислотой 2) нуклеотидом 3) белком
4) углеводом
7. В молекуле АТФ энергия заключена в химических связях между
1) азотистым основанием и сахаром 2) сахаром и остатком фосфорной кислоты 3) атомами, входящими в состав остатков фосфорной кислоты
4) остатками фосфорной кислоты
8. Основной механизм распада молекулы АТФ, при котором выделяется энергия, — это
1) отщепление одного фосфорного остатка (превращение АТФ в АДФ) 2) отщепление двух фосфорных остатков (превращение АТФ в АМФ) 3) отщепление трёх фосфорных остатков
4) полное разложение молекулы АТФ
9. Каждая аминокислота закодирована
1) одним нуклеотидом 2) двумя нуклеотидами 3) тремя нуклеотидами
4) четырьмя нуклеотидами
10. Четыре типа нуклеотидов могут образовать определённое число различных триплетов (сочетаний по три нуклеотида), равное
1) 16 2) 32 3) 64
4) 128
11. Кодон — это
1) любая комбинация из трёх нуклеотидов 2) триплет ДНК 3) триплет тРНК
4) триплет иРНК
12. Антикодон — это
1) любая комбинация из трёх нуклеотидов 2) триплет ДНК 3) триплет тРНК
4) триплет иРНК
13. В ходе транскрипции происходит
1) перенос информации с РНК на ДНК 2) перенос генетической информации с ДНК на РНК 3) самоудвоение ДНК
4) создание белковой молекулы на основе информации, «записанной» в иРНК
14. В ходе трансляции происходит
1) перенос информации с РНК на ДНК 2) перенос генетической информации с ДНК на РНК 3) самоудвоение ДНК
4) создание белковой молекулы на основе информации, «записанной» в иРНК
15. Трансляция происходит
1) в ядре 2) вне ядра 3) в хромосомах
4) на клеточной мембране
16. Транскрипция происходит
1) в ядре 2) вне ядра 3) в рибосомах
4) на клеточной мембране
17. Выберите все верные ответы. В ходе анаболизма
1) синтезируются белки 2) синтезируется АТФ 3) синтезируются углеводы 4) выделяется энергия 5) поглощается энергия
6) участвуют ферменты
18. Выберите все верные ответы. В ходе катаболизма
1) синтезируются крупные органические молекулы 2) выделяется энергия 3) поглощается энергия 4) распадается АТФ 5) синтезируется АТФ
6) распадаются органические вещества
19. Выберите все верные ответы. Транскрипция
1) происходит в цитоплазме 2) происходит в ядре 3) это процесс, в результате которого образуется белок 4) идёт с участием ферментов 5) идёт с участием ДНК
6) это процесс, в результате которого образуется иРНК
20. Выберите все верные ответы. Трансляция
1) происходит вне ядра 2) протекает в ядре 3) идёт с участием ферментов 4) идёт с участием тРНК 5) это процесс, в результате которого образуется иРНК
6) это процесс, в результате которого образуется белок
21. Установите соответствие между этапами синтеза белка и биологическими процессами.
1) транскрипция
2) трансляция
а) происходит считывание информации с ДНК б) происходит вне ядра в) идёт с участием нуклеотидов г) идёт с участием тРНК
д) в результате образуется белок
22. Установите соответствие между этапами синтеза белка и биологическими процессами.
1) транскрипция
2) трансляция
а) происходит считывание информации с иРНК б) участвуют аминокислоты в) идёт с участием рибосом г) происходит в ядре
д) в результате образуется иРНК
23. Укажите правильную последовательность событий.
1) присоединение аминокислоты к белковой молекуле 2) раскручивание двойной спирали ДНК 3) приобретение белком третичной структуры 4) выход копии гена в цитоплазму
5) доставка аминокислоты к рибосоме
24. Укажите правильную последовательность событий.
1) копирование гена 2) взаимодействие кодона с антикодоном 3) доставка молекулы в аппарат Гольджи 4) приобретение белком вторичной структуры
5) объединение иРНК с рибосомами
Ответы на тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка 1-3 2-4 3-3 4-2 5-1 6-2 7-4 8-1 9-3 10-3 11-4 12-3 13-2 14-4 15-2 16-1 17-1356 18-256 19-2456 20-1346 21. 1) ав 2) бгд 22. 1) гд 2) абв 23-24513
24-15243
СкачатьТест Обмен веществ Биосинтез белка
(83 Кб, pdf)
Источник: https://testschool.ru/2017/08/28/test-po-biologii-obmen-veshhestv-biosintez-belka-9-klass/
Пластический обмен. Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза
94408
Пластический обмен. Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза
Доклад
Биология и генетика
Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза. Пластический обмен совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот жиров из глицерина и жирных кислот примеры биосинтеза в клетке.
Русский
2015-09-13
32.69 KB
3 чел.
Пластический обмен. Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза.
Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот, жиров из глицерина и жирных кислот — примеры биосинтеза в клетке. Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене.
Биосинтез белков
Биосинтез белков является важнейшим процессом анаболизма. Все признаки, свойства и функции клеток и организмов определяются в конечном итоге белками. Белки недолговечны, время их существования ограничено. В начале 50-х гг. ХХ в. Ф.
Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок. Участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном.
В процессе биосинтеза белка выделяют два основных этапа: транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК (гена) — и трансляция — синтез полипептидной цепи.
Генетический код — система записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде последовательностью нуклеотидов ДНК или РНК. В настоящее время эта система записи считается расшифрованной.
Свойства генетического кода:
- триплетность: каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов (триплетом, кодоном);
- однозначность (специфичность): триплет соответствует только одной аминокислоте;
- вырожденность (избыточность): аминокислоты могут кодироваться несколькими (до шести) кодонами;
- универсальность: система кодирования аминокислот одинакова у всех организмов Земли;
- неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов;
- из 64 кодовых триплетов 61 — кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 — бессмысленные (в РНК — УАА, УГА, УАГ), не кодируют аминокислоты. Они называются кодонами-терминаторами, поскольку блокируют синтез полипептида во время трансляции. Кроме того, есть кодон-инициатор (в РНК — АУГ), с которого трансляция начинается.
Таблица генетического кода
| Первое основание | Второе основание | Третье основание | |||
| У(А) | Ц(Г) | А(Т) | Г(Ц) | ||
| У(А) | Фен Фен Лей Лей | Сер Сер Сер Сер | Тир Тир — — | Цис Цис — Три | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| Ц(Г) | Лей Лей Лей Лей | Про Про Про Про | Гис Гис Глн Глн | Арг Арг Арг Арг | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| А(Т) | Иле Иле Иле Мет | Тре Тре Тре Тре | Асн Асн Лиз Лиз | Сер Сер Арг Арг | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
| Г(Ц) | Вал Вал Вал Вал | Ала Ала Ала Ала | Асп Асп Глу Глу | Гли Гли Гли Гли | У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц) |
* Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.
Реакции матричного синтеза
Это особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану, заложенному в структуре других полимерных молекул-матриц. На одной матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий. К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция, трансляция и обратная транскрипция.
| Название реакции матричного синтеза | Характеристика процесса | Основные компоненты |
| Репликация | Синтез ДНК на матрице ДНК | Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
| Транскрипция | Синтез РНК на матрице ДНК | Участок ДНК, рибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
| Трансляция | Синтез полипептида на матрице РНК | Рибосомы, иРНК, аминокислоты, тРНК, АТФ, ГТФ, ферменты |
| Обратная транскрипция | Синтез ДНК на матрице РНК | Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты |
Транскрипция
Транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК. Осуществляется ферментом РНК-полимеразой.
Синтез РНК происходит на одной из двух цепочек ДНК в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности. Строительным материалом и источником энергии для транскрипции являются рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).
Транскрипция происходят в клеточном ядре. Зрелая иРНК приобретает определенную пространственную конформацию, окружается белками и в таком виде через ядерные поры транспортируется к рибосомам; иРНК эукариот, как правило, моноцистронны (кодируют только одну полипептидную цепь).
Трансляция
Трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК.
Органоиды, обеспечивающие трансляцию, — рибосомы. Синтез белковых молекул может происходить в цитоплазме, на шероховатой эндоплазматической сети, в митохондриях и пластидах. В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки; белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки. В рибосоме выделяют малую и большую субъединицы.
Для транспорта аминокислот к рибосомам используются транспортные РНК, тРНК. Они имеют третичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В тРНК различают антикодоновую петлю и акцепторный участок.
В антикодоновой петле РНК имеется антикодон, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты, а акцепторный участок на 3'-конце способен с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединять именно эту аминокислоту (с затратой АТФ).
Таким образом, у каждой аминокислоты есть свои тРНК и свои ферменты, присоединяющие аминокислоту к тРНК.
| 1 — антикодон; 2 — участок, связывающий аминокислоту. | Транспорт аминокислот к рибосомам: 1 — фермент; 2 — тРНК; 3 — аминокислота. |
Двадцать видов аминокислот кодируются 61 кодоном, теоретически может быть 61 вид тРНК с соответствующими антикодонами. Но кодируемых аминокислот всего 20 видов, значит, у одной аминокислоты может быть несколько тРНК..
Синтез белка начинается с того момента, когда к иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы, и поступает тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодоном иРНК.
Как только образовалась пептидная связь между аминокислотами, рибосома передвигается на следующий кодовый триплет иРНК. Трансляция идет до тех пор, пока не попадается кодон-терминатор (УАА, УАГ или УГА), с которым связывается особый белковый фактор освобождения. Полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит диссоциация, разъединение субъединиц рибосомы.
Скорость передвижения рибосомы по иРНК — 5–6 триплетов в секунду, на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется несколько минут.
В трансляции можно выделить три стадии: а) инициации (образование иницаторного комплекса), б) элонгации (непосредственно «конвейер», соединение аминокислот друг с другом), в) терминации (образование терминирующего комплекса).
Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=94408
§ 16. Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и РНК
В процессах метаболизма реализуется наследственная информация. Клетка синтезирует только те вещества, которые записаны в ее генетической программе. Каждой группе клеток присущ свой комплекс химических соединений. Среди них особенно важными для организма являются белки.
Многие функции и признаки организма определяются его набором белков. Белки-ферменты расщепляют пищу, отвечают за поглощение и выделение солей, синтезируют жиры и углеводы, производят множество других биохимических превращений.
Белки определяют цвет глаз, рост — словом, внешнюю специфичность организмов. Большинство белков, выполняющих одни и те же функции, несколько различны даже у особей одного и того же вида (к примеру, белки групп крови).
Но некоторые однофункциональные белки могут иметь сходное строение у далеких групп организмов (к примеру, инсулин собаки и человека).
В процессе жизнедеятельности белковые молекулы постепенно разрушаются, теряют свою структуру — денатурируют. Их активность падает, и клетки заменяют их новыми. В организмах постоянно происходит синтез необходимых белков.
Биосинтез белковых молекул — сложный ферментативный процесс, начинающийся в ядре и заканчивающийся на рибосомах. Центральную функцию в нем выполняют носители генетической информации — нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.
Генетический код. Последовательность нуклеотидов ДНК задает последовательность аминокислот в белках — их первичную структуру. Молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков.
Отрезок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка, называют геном. Соответствующую последовательность нуклеотидов — генетическим кодом белка.
Идею о том, что наследственная информация записана на молекулярном уровне, а синтез белков идет по матричному принципу, впервые высказал еще в 1920-х годах русский биолог Н. К. Кольцов.
В настоящее время код ДНК полностью расшифрован. В этом заслуга известных ученых: Г. Гамова (1954), а также Ф. Крика, С. Очоа, М. Ниренберга, Р. Холи и К. Хорана (1961-65).
Значительную часть свойств генетического кода установил английский физик Ф. Крик, исследуя бактериофагов.
| Аминокислоты | Кодоны |
| /Чланин | ГЦУ ГЦЦ ГЦА гцг |
| Аргинин | ЦГУ ЦГЦ ЦГА Ц1Т АГА АГГ |
| Аспарагин | ААУ ААЦ |
| Аспарагиновая | |
| Кислота | ГАУ ГАД |
| Валип | ГУУ ГУЦ ГУА IAT |
| Гистидин | ЦАУ ЦАЦ |
| Глицин | ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ |
| Глутамин | ЦАА ЦАГ |
| Глутаминовая | |
| Кислота | ГАА ГАГ |
| Изолейцин | АУУ АУЦ АУА |
| Лейцин | ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ УУА УУГ |
| Лизин | А. АА ААГ |
| Метионин | АУГ |
| Пролин | ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ |
| Серин | УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ А1’У АГЦ |
| Тирозин | УАУ УАЦ |
| Треонин | АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ |
| Триптофан | УГГ |
| Фенилаланин | УУУ УУЦ |
| Цистеин | УГ>^ УГЦ |
| Янаки преппнашхя | АУГ (начало) УГА УАА VAT (конец) |
Таблица генетического кода. В столбцах расположены кодоны с одинаковыми последними буквами (первые буквы кодонов каждой аминокислоты, как правило,
Одинаковы)
Код триплетен. Каждая
Аминокислота в генетическом коде задается последовательностью трех нуклеотидов — триплетом, или кодоном. Различных нуклеотидов в ДНК четыре, следовательно, теоретически
Возможных кодонов — 64 (43).
Большинству аминокислот
Соответствует от 2 до 6 кодонов — код как говорят, вырожден. Чем чаще аминокислота встречается в белках, тем, как правило, большим числом кодонов она кодируется.
Оставшиеся три код она вместе с кодоном метионина (АУГ) служат знаками препинания при считывании информации — указывают начало и конец матриц конкретных белков.
Если белок имеет несколько полимерных цепей (образующих отдельные глобулы), то знаки препинания выделяют полипептидные звенья. Считывание каждого звена происходит непрерывно, без знаков препинания и пропусков — триплет за триплетом.
Код однозначен. Кроме триплетности, генетический код наделен рядом других характерных свойств. Его кодоны не перекрываются, каждый кодон начинается с нового нуклеотида, и ни один нуклеотид не может прочитываться дважды. Любой кодон соответствует только одной аминокислоте.
Код универсален. Генетическому коду свойственна универсальность для всех организмов на Земле. Одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у бактерий и слонов, водорослей и лягушек, черепах и лошадей, птиц и даже человека. Несколько отличаются (на 1 -5 кодонов) только коды митохондрий некоторых организмов, ряда дрожжей и бактерий.
Ошибка хотя бы в одном триплете приводит к серьезным нарушениям в организме. У больных серповидной анемией (их эритроциты имеют не дисковую, а серповидную форму) из 574 аминокислот белка гемоглобина одна аминокислота заменена другой в двух местах.
В результате белок имеет измененную третичную и четвертичную структуру.
Нарушенная геометрия активного центра, присоединяющего кислород, не позволяет гемоглобину эффективно справляться со своей задачей — связывать кислород в легких и снабжать им клетки организма.
Транскрипция. Синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Генетическую информацию от хромосом ядра к месту синтеза переносят иРНК:
ДНК -► иРНК -► белок
Информационная РНК синтезируется на отрезке одной из нитей ДНК как на матрице, хранящей информацию о перечной структуре конкретного белка или группы белков, выполняющих одну функцию.
В основе синтеза лежит принцип комплементарности: напротив Цднк встает Грнк, напротив Днк — Црнк, напротив Аднк — Урнк, напротив Тднк — Арнк. Затем мономерные звенья связываются в полимерную цепь.
Таким образом, иРНК становится точной копией второй нити ДНК (с учетом замены Т ->У). Молекула иРНК имеет одноцепочечную структуру, она в сотни раз короче ДНК.
Процесс тренесения генетической информации на синтезируемую иРНК носит название транскрипции. Перед началом каждого гена или группы однофункциональных генов расположена последовательность нуклеотидов, называемая инициатором (содержит кодон АУГ).
В этой последовательности есть участок (промотор) для присоединения фермента РНК-полимеразы, осуществляющего транскрипцию. Полимераза распознает промотор благодаря химическому сродству.
В конце матрицы синтеза находится стоп-кодон (один из трех в таблице), или терминатор.
В ходе транскрипции РНК-полимераза в комплексе с другими ферментами разрывает водородные связи между азотистыми основаниями двух нитей ДНК, частично раскручивает ДНК и производит синтез иРНК по принципу комплементарности. На одной ДНК «работают» сразу несколько полимераз.
Готовая молекула иРНК после небольшой перестройки связывается в комплекс со специальными белками и транспортируется ими через ядерную оболочку на рибосомы. Эти белки выполняют и другую функцию — они защищают иРНК от действия различных ферментов цитоплазмы.
В прокариотической клетке ДНК не отделена от цитоплазмы, и синтез белков рибосомы начинают еще во время транскрипции.
Транспортные РНК. Необходимые для синтеза белков аминокислоты всегда имеются в составе цитоплазмы. Они образуются в процессе расщепления лизосомами белков. Транспортные РНК связывают аминокислоты, доставляют их на рибосомы и производят точную пространственную ориентацию аминокислот на рибосоме.
Рассмотрим устройство тРНК, позволяющее ей успешно выполнять свои сложные функции. В цепочке, состоящей из 70-90 звеньев, имеется 4 пары комплементарных отрезков из 4-7 нуклеотидов — А, Б, В и Г.
Комплементарные участки связываются водородными связями попарно (как в молекуле ДНК). В результате нить тРНК «слипается» в четырех местах с образованием петлистой структуры, напоминающей лист клевера.
В верхушке «листа» располагается триплет, код которого комплементарен кодону иРНК, соответствующему транспортируемой аминокислоте.
Схема биосинтеза белка в клетке
Схема транскрипции Строение тРНК
Так, если в иРНК код аминокислоты валина ГУГ, то на вершине валиновой тРНК ему будет соответствовать триплет ЦАЦ. Комплементарный триплет в тРНК называют антикодоном.
Специальный фермент распознает антикодон тРНК, присоединяет к «черенку листа» определенную аминокислоту (в нашем примере — валин), и затем тРНК перемещает ее к рибосоме. Каждая тРНК транспортирует только свою аминокислоту.
1. Какая группа органических соединений определяет основные свойства организмов? Докажите.
2. Что такое генетический код? Перечислите его основные свойства.
3. Как происходит транскрипция? Какой принцип лежит в основе этого процесса? Каковы особенности протекания транскрипции у прокариот?
4. В чем состоит функция иРНК?
5. Опишите строение и функции тРНК.
ТРНК
Матричные процессы составляют основу способности живых организмов к воспроизведению. В клеточном ядре происходит удвоение ДНК. Новая молекула воспроизводится на матрице старой и представляет собой ее точную копию. Информационная РНК синтезируется на матрице ДНК в виде точной копии одного из участков ДНК. Далее на матрице иРНК происходит синтез белков.
Трансляция. Перевод последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот синтезируемых белков называют трансляцией.
ИРНК
Последовательность трансляции
В активном центре рибосомы размещаются два триплета иРНК и соответственно две тРНК. Рибосома перемещается по иРНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом.
На каждом шаге присоединяется новая аминокислота.
Транспортные РНК перемещаются со своей аминокислотой к рибосоме и «примеряют» свой антикодон к очередному кодону иРНК, находящемуся в активном центре (комплементарные нуклеотиды хорошо подходят друг другу, между ними возникают водородные связи).
Если антикодон оказывается не комплементарным, то тРНК удаляется в цитоплазму к другим рибосомам. Если же он оказывается комплементарным, то тРНК присоединяется к кодону водородными связями.
Далее особый фермент рибосомы подсоединяет синтезируемую полипептидную цепь к «прибывшей» аминокислоте. Ее транспортная РНК продолжает удерживать всю формирующуюся белковую цепь на кодоне иРНК до прихода следующей тРНК.
Освободившаяся тРНК перемещается в цитоплазму «на поиск» аминокислот. Рибосома перескакивает на следующий триплет иРНК, и процесс повторяется.
Интервал между перескакиваниями продолжается не более 1/5 — 1/6 с, а вся трансляция среднего белка
Полисома в работе
— 1-2 минуты.
На одной нити иРНК «трудятся» сразу несколько рибосом. На иРНК, содержащей информацию о белке гемоглобине, размещается до 5 рибосом, на некоторых других иРНК — до 20 рибосом. Когда в активном центре рибосомы оказывается один из трех триплетов, кодирующих знаки препинания между генами, синтез белка завершается.
%
ИРНК
Аминокислоты
Белок
Трансляция белка на рибосоме
Освободившаяся рибосома отправляется на другую иРНК. Рибосомы универсальны и могут синтезировать полипептиды по любой матрице иРНК. Субъединицы рибосом соединяются только для синтеза белка, после окончания синтеза они вновь разъединяются.
Сворачивание в спираль и приобретение третичной структуры происходит по мере синтеза белковой цепи, поэтому зачастую невозможно восстановление денатурированных белков со сложной пространственной структурой, даже если их первичная структура сохранена.
Сворачивание белковой цепи целой молекулы происходит по-иному, и белок оказывается неактивным.
Многие белки — например, пищеварительные ферменты — очень активны и способны переварить саму клетку, поэтому синтезируемые молекулы белков сразу попадают в эндоплазматическую сеть (к мембране которой прикреплены синтезирующие белки рибосомы) и по ее каналам перемещаются к комплексу Голь-джи, а от него в тот участок клетки или в ту часть организма, где требуется этот вид белков. Синтез небелковых соединений клетка осуществляет в два этапа. Сначала рибосомы производят трансляцию специфического белка-фермента. Затем при его участии образуется молекула необходимого соединения — углевода, жиров и т. д. Сходным образом синтезируются и другие соединения: витамины, небелковые гормоны и пр.
Процесс синтеза белков требует затрат большого количества специфической энергии АТФ, которую нельзя заменить иным источником. Только на присоединение каждой аминокислоты к тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, а в среднем белке 400-500 аминокислот.
Общее количество затрачиваемой энергии существенно превышает суммарную химическую энергию образующихся пептидных связей между молекулами аминокислот. По этой причине белки редко используются клеткой в качестве топлива: слишком велики затраты на их изготовление.
Регуляция транскрипции и трансляции. Клетки различных тканей живых организмов сильно отличаются друг от друга по строению и функциям, но все они произошли от единственной зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) в результате многократного деления.
Перед каждым актом деления ДНК реплицируется в две точные копии. Ученым удалось экспериментально доказать, что дифференцированные клетки организма имеют одинаковый набор ДНК, не утрачивая ни одной из его частей в процессе делений.
В 1958 г. Ф. Стюарт впервые вырастил из единственной клетки взрослой моркови целое растение. В 1968 г. Дж. Гордону удалось пересадить ядра из клеток кишечника головастика в яйцеклетки лягушки, лишенные собственных ядер, и вырастить из них нормальных лягушек. Следовательно, клетки всех тканей организма имеют один и тот же набор генов, одну и ту же информацию о строении белков.
Однако клетки каждой ткани производят свои белки, свои ферменты. Гемоглобин образуется только в эритроцитах, белковый гормон роста синтезируется только в клетках гипофиза, зрительный белок опсин — в клетках сетчатки глаза, а инсулин — в клетках поджелудочной железы.
Такое разнообразие происходит по причине того, что клетки каждой ткани реализуют только свою часть информации ДНК. В разных клетках происходит транскрипция разных участков ДНК, синтезируются разные иРНК, по которым воспроизводятся разные белки.
Более того, специфичные для клеток белки производятся не все сразу, а по мере необходимости. В организмах имеются удивительно точные механизмы «включения» и «выключения» генов на разных этапах жизненного цикла клетки от ее появления до деления.
Геном эукариот устроен намного сложнее генома прокариот. Это связано с увеличением сложности регуляции генетических процессов, а не с увеличением количества структурных белков и ферментов. В клетках высокоразвитых организмов только 10% всех генов ответственны за синтез ферментов и структурных белков, остальные 90% составляют «административный аппарат» клетки.
Кроме того, существуют системы, регулирующие синтез веществ в организме как едином целом. В клетках желез внутренней секреции вырабатываются гормоны, которые разносятся с кровью по всему телу.
Эти гормоны регулируют процессы синтеза иРНК и трансляцию именно в тех клетках, для которых они предназначены. На поверхности мембраны клеток есть рецепторы для «своих» гормонов. Связываясь с рецепторами, гормоны управляют активностью различных систем клетки, регулирующих обмен.
В результате может изменяться как транскрипция конкретных генов, так и синтез белков на рибосомах.
Даже синтезированные иРНК могут долгое время не транслироваться, если нет «команды» от гормонов. Каждый гормон через определенные системы клеток активирует свои гены.
Так, адреналин дает сигнал на синтез ферментов, расщепляющих гликоген до глюкозы, интенсивно потребляемой мышцами при физической нагрузке.
Инсулин выполняет обратную функцию, он участвует в синтезе гликогена из глюкозы в клетках печени.
Как транскрипция, так и трансляция могут подавляться различными химическими веществами, относящимися к классу антибиотиков (
Источник: http://apple-tour.ru/uchebnik/16-plasticheskij-obmen-biosintez-belkov-sintez-i-rnk/
Пластический обмен. Биосинтезы: белков, углеводов, ДНК, РНК, липидов и нуклеиновых кислот | Биология
Пластический обмен. Биосинтезы: белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот, ДНК и РНК
Пластический обмен — это совокупность реакций синтеза необходимых соединений (белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот) из веществ, которые попали в клетку, с поглощением энергии.
Биосинтез белков
Растения сами синтезируют все необходимые им аминокислоты, используя азот, аммиак, нитраты. Высшие животные и человек получают незаменимые аминокислоты с пищей.
Заменимые аминокислоты животные и грибы синтезируют из азотосодержащих соединений. Биосинтез белка из аминокислот – это сложный многоэтапный процесс, который требует много энергии.
Каждая из реакций биосинтеза обеспечивается специфическими ферментами.
Все живые организмы сохраняют наследственную информацию в молекулах нуклеиновых кислот в виде определенной последовательности нуклеотидов. Такая единая система сохранения называется генетическим кодом.
В полипептидной цепи каждый аминокислотный остаток кодируется определенной последовательностью из трех нуклеотидов – триплетом (комбинация из трех нуклеотидов дает возможность кодировать 43 = 64 типа аминокислот, то есть 20 основных).
Свойства генетического кода:
1) вырожденность – одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов. Большинство основных аминокислот (18 из 20) кодируется несколькими триплетами – от 2 до 6, лишь две (триптофан и метионин) – одним;
2) однозначность – каждый триплет кодирует лишь определенную аминокислоту;
3) универсальность – код единый для всех организмов, существующих на Земле. Одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты разных организмов;
4) неперекрываемость – генетическая информация может считываться лишь одним способом, в одном направлении.
Между генами существуют участки, которые не несут генетической информации. Они лишь отделяют одни участки от других, как «разделительные знаки». Их называют спейсерами (от англ.
спейс – пространство). Каждый из трех триплетов (УАА, УАГ, УГА) означает прекращение синтеза одной полипептидной цепи. Они называются стоп-кодонами.
Триплет АУГ определяет место начала синтеза следующей полипептидной цепи.
Этапы биосинтеза белков
Пластический обмен. Биосинтез белков
В 50-х годах XX века был выяснен механизм этого процесса. Синтез белка включает несколько этапов: транскрипцию (синтез предшественника иРНК – про-иРНК), трансляцию (перенесение последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислотных остатков молекулы белка) и обособление белковой молекулы.
Транскрипция
Транскрипция (от лат. thranscriptio – переписывание). Фермент PHК-полимераза разъединяет двойную цепь ДНК.
По принципу комплементарности на одной из них синтезируется молекула про-иРНК. Потом она с помощью специальных ферментов превращается в активную форму иРНК.
Для этого из нее удаляются участки, лишенные генетической информации. Из ядра она может поступать в цитоплазму клетки.
Трансляция
Трансляция (от лат. translatio – передача). В цитоплазме с помощью ковалентной связи каждая из 20 аминокислот присоединяется к определенной тРНК, иРНК связывается с рибосомой.
Рибосома надвигается на нитевидную молекулу иРНК таким образом, что она оказывается между двумя субъединицами.
По принципу комплементарности транспортная РНК, которая переносит аминокислоту, взаимодействует с помощью своего триплета – антикодона с особым триплетом иРНК – кодоном. Первый кодон дает сигнал о начале синтеза полипептидной цепи.
Возникает инициативный комплекс, который состоит из триплета иРНК, рибосомы и определенной тРНК.
Благодаря последовательному соединению пептидными связями аминокислотных остатков между собой, полипептидная цепь удлиняется. Рибосома перемещается слева направо по иРНК и образует белковую молекулу. С помощью определенной тРНК каждая из аминокислот транспортируется к рибосоме и размещается в цепи.
В рибосоме есть особый участок, где происходит трансляция – функциональный центр. Его размеры отвечают длине двух триплетов. Вместе с тем в функциональном центре может находиться два соседних триплета иРНК. В одной его части антикодон тРНК узнает кодон иРНК, а в другой – аминокислота освобождается от тРНК.
Длина молекулы иРНК определяет количество рибосом, которые одновременно могут уместиться на ней. Молекула иРНК с нанизанными на нее рибосомами называется полисомой, или полирибосомой.
Процесс синтеза белка происходит с большой затратой энергии, которая выделяется при расщеплении АТФ. На присоединение к синтезированной полипептидной цепи одного аминокислотного остатка расходуется энергия, которая высвобождается при расщеплении одной молекулы АТФ.
Синтез белковой молекулы завершается, как только рибосома достигает стоп — кодона. Рибосома вместе с белковой молекулой оставляет иРНК. Молекула белка попадает в эндоплазматическую сеть и транспортируется к определенному участку клетки, а рибосома – на любую другую молекулу иРНК. Белок приобретает определенную пространственную конфигурацию, молекула белка становится функционально активной.
У эукариот и прокариот механизмы биосинтеза белка схожи. Различаются рибосомы. Размеры рибосом у прокариот меньше. Рибосомы прокариот похожи на рибосомы митохондрий и пластид.
Биосинтез углеводов
Автотрофные организмы синтезируют подавляющее большинство углеводов. Они образуют из углекислого газа и воды шестиуглеродные моносахариды (гексозы). В ограниченном количестве из других органических соединений углеводы синтезируются в клетках гетеротрофных организмов.
В результате ферментативных реакций полисахариды образуются из моносахаридов. Биосинтез моносахаридов происходит двумя путями:
1) характерный автотрофным организмам, ведет к восстановлению С02 глюкозу;
2) благодаря ряду реакций из соединений неуглеводной природы (пировиноградной и молочной кислот, глицерина, некоторых аминокислот) образуется глюкоза.
Биосинтез липидов
Запасной формой липидов в организме являются жиры. На жирные кислоты приходится около 90 % энергии, которая запасается в жирах. С участием специфических ферментов в клетках эукариот в цитоплазме происходит биосинтез жирных кислот. Процессы эти могут продолжаться в митохондриях и некоторых других органеллах.
Жиры синтезируются в клетках кишечного эпителия, в печени, подкожной клетчатке, легких и некоторых других органах. Есть ферментные системы в некоторых тканях, которые могут обеспечить образование жиров из углеводов, в частности глюкозы.
Биосинтез нуклеиновых кислот
Все живые организмы способны синтезировать нуклеотиды. Аминокислоты служат посредниками нуклеотидов, которые входят в состав нуклеиновых кислот.
Значительная часть азотистых оснований при расщеплении нуклеиновых кислот не распадается, а используется снова для синтеза нуклеотидов. Предшественники ДНК – дезоксирибонуклеотиды образуются путем восстановления (изъятия атома кислорода) рибозы до дезоксирибозы.
Биосинтез ДНК
В основе процесса лежит способность молекул ДНК к самоудвоению – репликации. Процесс репликации полуконсервативный, так как каждая из двух дочерних молекул ДНК имеет одну цепь от материнской молекулы, а вторую – синтезированную на первой. Для начала репликации двухцепочечная материнская молекула ДНК должна расплестись в определенной точке.
Фермент ДНК-полимераза катализирует синтез второй цепи дочерней молекулы ДНК. Цепи материнской молекулы ДНК разделяются из-за разрушения водородных связей.
С участием фермента ДНК-полимераза по принципу комплементарности к нуклеотидам каждой материнской цепи присоединяются свободные нуклеотиды. Каждая из цепей становится матрицей для синтеза новой цепи дочерней молекулы ДНК.
Каждая из дочерних молекул ДНК является точной копией материнской. У-подобная зона ДНК, где происходит репликация, называется репликационной «вилкой».
Вдоль матричной цепи размещаются в определенном порядке соответствующие одиночные нуклеотиды. Новая цепь ДНК синтезируется в виде коротких фрагментов, которые потом соединяются ковалентными связями под действием особого фермента. ДНК эукариот может удваиваться одновременно во многих точках ее молекулы.
Биосинтез РНК
Все виды РНК (иРНК, тРНК, рРНК) синтезируются ферментами РНК-полимеразами по принципу комплементарности на молекуле ДНК. Процесс синтеза молекулы РНК на матрице ДНК называется транскрипцией. Фермент РНК-полимераза во время синтеза РНК продвигается вдоль определенного участка молекулы ДНК и действует подобно застежке-молнии, разъединяя двойную спираль.
Клеточный уровеньУровни организации живого
Источник: https://xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai/obshchaya-biologiya/plasticheskij-obmen-biosintezy-belkov-uglevodov-lipidov-nukleinovyh-kislot-dnk-i-rnk/
Загрузка...
