Биосинтез белков – биология

Биосинтез белка в клетке — кратко и понятно

1001student.ru > Биология > Биосинтез белка в клетке — кратко и понятно

Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?

Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.

Что такое биосинтез белка

Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.

Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.

Транскрипция и трансляция

Это два наиглавнейших шага биосинтеза.

Транскрипция с латинского означает «переписывание» – в качестве матрицы применяется ДНК, поэтому происходит синтезирование трёх видов РНК (матричной/информационной, транспортной, рибосомной рибонуклеиновых кислот). Реакция осуществляется с помощью полимеразы (РНК) и с использованием большого количества аденозинтрифосфата.

Выделают два основных действия:

1. Обозначение конца и начала трансляции присоединением иРНК.
2. Событие, осуществляемое благодаря сплайсингу, который в свою очередь удаляет неинформационные последовательности РНК, тем самым происходит уменьшение массы матричной рибонуклеиновой кислоты в 10 раз.

Трансляция с латинского означает «перевод» – используется иРНК в качестве матрицы, синтезируются полипептидные цепочки.

Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:

1. Первый этап. Инициация — формирование комплекса, который участвует в синтезе полипептидной цепочки.
2. Второй этап. Элонгация — увеличение размеров этой цепи.
3. Третий этап. Терминация — заключение выше упомянутого процесса.

Схема биосинтеза белка

По схеме видно, как протекает процесс.

Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы, в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме

ДНК > PHK > белок.

Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.

Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.

Последовательность процессоров биосинтеза белка

Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).

После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:

1. Информационная – роль матрицы.
2. Транспортная – добавление аминокислот, определение кодонов.
3. Рибосомная – образование рибосом, которые поддерживают иРНК.
4. Транспортная – синтез полипептидной цепи.

Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка

Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.

Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.

Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке

В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:

1. Использование энергии АТФ для химических реакций.
2. Присутствуют ферменты, задача которых ускорять реакции.
3. Реакция имеет матричный характер, так как белок синтезируется на иРНК.

Признаки биосинтеза белка в клетке

Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:

1. Первый из них заключается в том, что присутствуют ферменты, без которых сам процесс был бы невозможен
2. Задействованы все три вида РНК, из этого можно сделать вывод, что центральная роль принадлежит РНК.
3. Образование молекул производится мономерами, а именно аминокислотами.
4. Стоит обозначить так же, что специфичность того или иного белка ориентируется расположением аминокислот.

Заключение

Многоклеточный организм — аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.

Источник: https://1001student.ru/biologiya/biosintez-belka.html

Биосинтез белка. Транскрипция и трансляция

Определение 1

Биосинтез белка – ферментативный процесс синтеза белков в клетке. В нём участвуют три структурные элемента клетки – ядро, цитоплазма, рибосомы.

В ядре клетки в молекулах ДНК сохраняется информация о всех белках, которые в ней синтезируются, зашифрованная с помощью четырёхбуквенного кода.

Определение 2

Генетический код – это последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, которая определяет последовательность аминокислот в молекуле белка.

Свойства генетического кода таковы:

• Генетический код триплетный, то есть каждой аминокислоте соответствует свой кодовый триплет (кодон), состоящий из трёх расположенных рядом нуклеотидов.Пример 1Аминокислота цистеин кодируется триплетом А-Ц-А, валин – триплетом Ц-А-А.
• Код не перекрывается, то есть нуклеотид не может входить в состав двух соседних триплетов.
• Код вырожден, то есть одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами.Пример 2Аминокислота тирозин кодируется двумя триплетами.
• Код не имеет запятых (разделительных знаков), считывание информации происходит тройками нуклеотидов.Замечание 1Существуют три несодержательные кодоны (УАГ, УАА, УГА), которые не кодируют аминокислоты и, возможно, действуют ка «стоп-сигналы», разделяя гены в молекуле ДНК.Определение 3Ген – участок молекулы ДНК, который характеризуется определённой последовательностью нуклеотидов и определяет синтез одногой полипептидной цепи.
• Код является универсальным, то есть единым для всех живых организмов – от бактерий до человека. У всех организмов есть одни и те же 20 аминокислот, которые кодируются одними и теми же триплетами.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Этапы биосинтеза белка: транскрипция и трансляция

Структура любой белковой молекулы закодирована в ДНК, которая не участвует непосредственно в её синтезе. Она служит лишь матрицей для синтеза РНК.

Процесс биосинтеза белка происходит на рибосомах, которые расположены преимущественно в цитоплазме. Значит, для осуществления передачи к месту синтеза белка генетической информации из ДНК нужен посредник. Эту функцию выполняет иРНК.

Определение 4

Процесс синтеза молекулы иРНК на одной цепи молекулы ДНК на основании принципа комплементарности называется транскрипцией, или переписыванием.

Транскрипция происходит в ядре клетки.

Процесс транскрипции осуществляется одновременно не на всей молекуле ДНК, а лишь на её небольшом участке, который отвечает определённому гену. При этом происходит раскручивание части двойной спирали ДНК и короткий участок одной из цепей оголяется – теперь он будет выполнять роль матрицы для синтеза иРНК.

Потом вдоль этой цепи двигается фермент РНК-полимераза, соединяющий нуклеотиды в цепь иРНК, которая удлиняется.

Замечание 2

Транскрипция может одновременно происходить и на нескольких генах одной хромосомы и на генах разных хромосомах.

Образованная в результате иРНК содержит последовательность нуклеотидов, которая является точной копией последовательности нуклеотидов на матрице.

Замечание 3

Если в молекуле ДНК есть азотистое основание цитозин, то в иРНК – гуанин и наоборот. Комплементарной парой в ДНК является аденин – тимин, а РНК вместо тимина содержит урацил.

На специальных генах синтезируются и два другие типа РНК – тРНК и рРНК.

Начало и окончание синтеза всех типов РНК на матрице ДНК строго фиксированы специальными триплетами, которые контролируют запуск (инициирующие) и остановку (терминальные) синтеза. Они выполняют функции «разделительных знаков» между генами.

Соединение тРНК с аминокислотами происходит в цитоплазме. Молекула тРНК формой напоминает листик клевера, на его верхушке расположен антикодон – триплет нуклеотидов, который кодирует аминокислоту, которую переносит данная тРНК.

Сколько видов аминокислот, столько существует и тРНК.

Замечание 4

Поскольку много аминокислот могут кодироваться несколькими триплетами, то количество тРНК больше 20 (известно около 60 тРНК).

Соединение тРНК с аминокислотами происходит с участием ферментов. Молекулы тРНК транспортируют аминокислоты к рибосомам.

Определение 5

Трансляция – это процесс, в результате которого информация о структуре белка, записанная в иРНК в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в молекуле белка, которая синтезируется.

Этот процесс осуществляется в рибосомах.

Сначала иРНК присоединяется к рибосоме. На иРНК «нанизывается» первая рибосома, которая синтезирует белок. По мере продвижения рибосомы на конец иРНК, который освободился, «нанизывается» новая рибосома. На одной иРНК могут находиться одновременно более 80 рибосом, которые синтезируют один и тот же белок.

Такая группа рибосом, соединённых с одной иРНК, называется полирибосомой, или полисомой. Вид белка, который синтезируется, определяется не рибосомой, а информацией, записанной на иРНК. Одна и та же рибосома способна синтезировать разные белки.

После завершения синтеза белка рибосома отделяется от иРНК, а белок поступает в эндоплазматическую сеть.

Каждая рибосома состоит из двух субъединиц – малой и большой. Молекула иРНК присоединяется к малой субъединице. В месте контакта рибосомы и иРН находятся 6 нуклеотидов (2 триплета). К одному из них всё время подходят из цитоплазмы тРНК с разными аминокислотами и касаются антикодоном кодона иРНК.

Если триплеты кодона и антикодона оказываются комплементарными, между аминокислотой уже синтезированной части белка и аминокислотой, которая доставляется тРНК, возникает пептидная связь. Соединение аминокислот в молекулу белка осуществляется с участием фермента синтетазы.

Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и переходит в цитоплазму, а рибосома передвигается на один триплет нуклеотидов. Так последовательно синтезируется полипептидная цепь. Продолжается всё это до тех пор, пока рибосома не дойдёт к одному из трёх терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА.

После этого синтез белка прекращается.

Замечание 5

Таким образом, последовательность кодонов иРНК определяет последовательность включения аминокислот в цепь белка. Синтезированные белки поступают в каналы эндоплазматического ретикулюма. Одна молекула белка в клетке синтезируется за 1 – 2 минуты.

Источник: https://spravochnick.ru/biologiya/biosintez_belka_transkripciya_i_translyaciya/

Биосинтез белка

Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определенной последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределен в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы.

ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определенным образом, или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка.

Кодирующими участками ДНК являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК.

Участок хромосомы, где расположен ген называют локусом. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора хромосом — геном, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) — плазмон.

Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется экспрессией (проявлением) генов.

Генетическая информация хранится в виде определенной последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке.

Посредниками, переносчиками информации, выступают РНК, т.е. реализация генетической информации происходит следующим образом:

ДНК → РНК → белок

Этапы биосинтеза белка

Процесс биосинтеза белка включает два этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные ее отрезки. Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором (участок ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция) и заканчивается терминатором (участок ДНК, содержащий сигнал окончания транскрипции). Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.

Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.

В процессе трансляции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.

Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей. Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и не кодирующих (интронов) участков. После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга. Процессинг — процесс формирования зрелой мРНК из ее предшественника пре-мРНК.

Он включает два основных события:

1. присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции;
2. сплайсинг — удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.

Трансляция (от лат. translatio — перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.

В трансляции участвуют все три типа РНК:

• мРНК служит информационной матрицей;
• тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны;
• рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК;
• тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.

мРНК транслируется не одной, а одновременно несколькими (до 80) рибосомами. Такие группы рибосом называются полирибосомами (полисомами). На включение одной аминокислоты в полипептидную цепь необходима энергия четырех АТФ.

Генетический код

Информация о структуре белков «записана» в ДНК в виде последовательности нуклеотидов. В процессе транскрипции она переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.

Определенному сочетанию нуклеотидов ДНК, а следовательно, и мРНК, соответствует определенная аминокислота в полипептидной цепи белка. Это соответствие называют генетическим кодом. Одну аминокислоту определяют три нуклеотида, объединенных в триплет (кодон).

Поскольку существуют четыре типа нуклеотидов, объединяясь по три в триплет, они дают 43 = 64 варианта триплетов (в то время как кодируются только 20 аминокислот). Из них три являются «стоп-кодонами», прекращающими трансляцию, остальные 61 — кодирующими.

Разные аминокислоты кодируются разным числом триплетов: от 1 до 6.

Аминокислоты, входящие в состав природных белков

№ п/пАминокислотаСокращенное название

1	Аланин	Ала
2	Аргинин	Арг
3	Аспарагин	Асн
4	Аспарагиновая кислота	Асп
5	Валин	Вал
6	Гистидин	Гис
7	Глицин	Гли
8	Глутамин	Глн
9	Глутаминовая кислота	Глу
10	Изолейцин	Иле
11	Лейцин	Лей
12	Лизин	Лиз
13	Метионин	Мет
14	Пролин	Про
15	Серин	Сер
16	Тирозин	Тир
17	Треонин	Тре
18	Триптофан	Три
19	Фенилаланин	Фен
20	Цистеин	Цис

Генетический код

Первое основаниеВторое основаниеТретье основаниеУ(А)Ц(Г)А(Т)Г(Ц)

У(А)	Фен	Сер	Тир	Цис	У(А)
Фен	Сер	Тир	Цис	Ц(Г)
Лей	Сер	Стоп	Стоп	А(Т)
Лей	Сер	Стоп	Три	Г(Ц)
Ц(Г)	Лей	Про	Гис	Арг	У(А)
Лей	Про	Гис	Арг	Ц(Г)
Лей	Про	Глн	Арг	А(Т)
Лей	Про	Глн	Арг	Г(Ц)
А(Т)	Иле	Тре	Асн	Сер	У(А)
Иле	Тре	Асн	Сер	Ц(Г)
Иле	Тре	Лиз	Арг	А(Т)
Мет	Тре	Лиз	Арг	Г(Ц)
Г(Ц)	Вал	Ала	Асп	Гли	У(А)
Вал	Ала	Асп	Гли	Ц(Г)
Вал	Ала	Глу	Гли	А(Т)
Вал	Ала	Глу	Гли	Г(Ц)

Примечания:

1. Первое азотистое основание в триплете находится в левом вертикальном ряду, второе — в верхнем горизонтальном, третье — в правом вертикальном.
2. На пересечении линий трех оснований выявляется искомая аминокислота.
3. Азотистые основания вне скобок входят в состав мРНК, азотистые основания в скобках — в состав ДНК.

Свойства генетического кода:

1. код триплетен — одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом) в молекуле нуклеиновой кислоты;
2. код универсален — все живые организмы от вирусов до человека используют единый генетический код;
3. код однозначен (специфичен) — триплет соответствует одной единственной аминокислоте.
4. код избыточен — одна аминокислота кодируется более чем одним триплетом;
5. код не перекрывается — один нуклеотид не может входить в состав сразу нескольких кодонов в цепи нуклеиновой кислоты;
6. код колинеарен — последовательность аминокислот в синтезируемой молекуле белка совпадает с последовательностью триплетов вмРНК.

Этапы трансляции

Трансляция состоит из трех этапов: инициации, элонгации и терминации.

1. Инициация — сборка комплекса, участвующего в синтезе полипептидной цепи. Малая субчастица рибосомы соединяется с инициаторной мет-тРНК, а затем с мРНК, после чего происходит образование целой рибосомы, состоящей из малой и большой субчастиц.
2. Элонгация — удлинение полипептидной цепи. Рибосома перемещается вдоль мРНК, что сопровождается многократным повторением цикла присоединения очередной аминокислоты к растущей полипептидной цепи.
3. Терминация — завершение синтеза полипептидной молекулы. Рибосома достигает одного из трех стоп-кодонов мРНК, а так как не существует тРНК с антикодонами, комплементарными стоп-кодонам, синтез полипептидной цепи прекращается. Она высвобождается и отделяется от рибосомы. Рибосомные субчастицы диссоциируют, отделяются от мРНК и могут принять участие в синтезе следующей полипептидной цепи.

Реакции матричного синтеза

К реакциям матричного синтеза относят:

• самоудвоение ДНК (репликация);
• образование мРНК, тРНК и рРНК на молекуле ДНК (транскрипция);
• биосинтез белка на мРНК (трансляция).

Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. На реакциях матричного синтеза основана способность живых организмов к воспроизведению себе подобных.

Регуляция экспрессии генов

Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, т.е. дифференцированы.

Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют еще и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т.д.

Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.

Источник: http://jbio.ru/biosintez-belka

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/

Биосинтез белков в живой клетке

Се­год­ня мы дадим опре­де­ле­ние био­син­те­зу и рас­смот­рим ос­нов­ные этапы био­син­те­за белка. Каж­дая клет­ка син­те­зи­ру­ет необ­хо­ди­мые ей ве­ще­ства. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся био­син­те­зом. То есть, био­син­тез — это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов.

Био­син­тез все­гда идет с по­гло­ще­ни­ем энер­гии. На­при­мер, об­ра­зо­ва­ние по­ли­са­ха­ри­дов из мо­но­са­ха­ри­дов, об­ра­зо­ва­ние бел­ков из ами­но­кис­лот, об­ра­зо­ва­ние нук­ле­и­но­вых кис­лот из нук­лео­ти­дов. Все эти про­цес­сы идут с по­гло­ще­ни­ем энер­гии.

Глав­ным по­став­щи­ком энер­гии слу­жит мо­ле­ку­ла АТФ (аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та). Она со­дер­жит мак­ро­энер­ге­ти­че­ские связи. При гид­ро­ли­зе вы­де­ля­ет­ся энер­гия, ко­то­рая ис­поль­зу­ет­ся для обес­пе­че­ния про­цес­сов био­син­те­за.

В био­син­те­зе мо­ле­кул белка участ­ву­ют:

1​ ами­но­кис­ло­ты,

2​ фер­мен­ты,

3​ ри­бо­со­мы,

4​ мо­ле­ку­лы РНК (ри­бо­сом­ные, транс­порт­ные, ин­фор­ма­ци­он­ные).

Со­зда­ние по­ли­пеп­тид­ных цепей, или мо­ле­кул белка, про­ис­хо­дит на ри­бо­со­мах ци­то­плаз­мы. Био­син­тез за­ви­сит от участ­ка ДНК в опре­де­лен­ном месте хро­мо­со­мы (гене). Гены со­дер­жат ин­фор­ма­цию об оче­ред­но­сти ами­но­кис­лот во время син­те­за белка. Иначе го­во­ря, ко­ди­ру­ют его пер­вич­ную струк­ту­ру.

Ин­фор­ма­ция о каж­дой ами­но­кис­ло­те за­пи­са­на в ком­би­на­ции из трех нук­лео­ти­дов (три­пле­тов). То есть одну ами­но­кис­ло­ту ко­ди­ру­ют три нук­лео­ти­да. В этом со­сто­ит суть ге­не­ти­че­ско­го кода. Ге­не­ти­че­ский код уни­вер­са­лен.

Он оди­на­ков для всех живых ор­га­низ­мов. Мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­но­сят­ся в ци­то­плаз­му клет­ки. Три­пле­ты ин­фор­ма­ци­он­ной РНК на­зы­ва­ют ко­до­на­ми.

Схе­ма­тич­но про­цесс био­син­те­за можно пред­ста­вить сле­ду­ю­щим об­ра­зом: ДНК —> Ин­фор­ма­ци­он­ная РНК —> белок.

Дан­ные, по­лу­чен­ные с по­мо­щью раз­лич­ных экс­пе­ри­мен­тов, по­ка­за­ли, что био­син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов:

1​ тран­скрип­ция,

2​ транс­ля­ция.

Тран­скрип­ци­ей на­зы­ва­ют ме­ха­низм, с по­мо­щью ко­то­ро­го нук­лео­тид­ная по­сле­до­ва­тель­ность ДНК пе­ре­пи­сы­ва­ет­ся в ком­пле­мен­тар­ную по­сле­до­ва­тель­ность в виде мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Или же про­цесс син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК в ко­то­рой в ка­че­стве мат­ри­цы, ис­поль­зу­ет­ся одна из цепей мо­ле­ку­лы ДНК.

То есть, тран­скрип­ция — это пе­ре­пи­сы­ва­ние ге­не­ти­че­ской ин­фор­ма­ции на ин­фор­ма­ци­он­ную РНК.

Как же осу­ществ­ля­ет­ся про­цесс тран­скрип­ции? Спе­ци­аль­ный фер­мент на­хо­дит ген и рас­кру­чи­ва­ет уча­сток двой­ной спи­ра­ли ДНК. Фер­мент пе­ре­ме­ща­ет­ся вдоль цепи ДНК и стро­ит цепь ин­фор­ма­ци­он­ной РНК в со­от­вет­ствии с прин­ци­пом ком­пле­мен­тар­но­сти.

По мере дви­же­ния фер­мен­та рас­ту­щая цепь РНК мат­ри­цы от­хо­дит от мо­ле­ку­лы, а двой­ная цепь ДНК вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся. Когда фер­мент до­сти­га­ет конца ко­пи­ро­ва­ния участ­ка, то есть до­хо­дит до участ­ка, на­зы­ва­е­мо­го стоп-ко­до­ном, мо­ле­ку­ла РНК от­де­ля­ет­ся от мат­ри­цы, то есть от мо­ле­ку­лы ДНК.

Таким об­ра­зом, тран­скрип­ция — это пер­вый этап био­син­те­за белка. На этом этапе про­ис­хо­дит счи­ты­ва­ние ин­фор­ма­ции путем син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Вто­рой этап био­син­те­за белка — транс­ля­ция. Во время транс­ля­ции нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­во­дят­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в мо­ле­ку­ле по­ли­пеп­тид­ной цепи. Этот про­цесс идет в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах.

Об­ра­зо­вав­ши­е­ся ин­фор­ма­ци­он­ные РНК вы­хо­дят из ядра через поры и от­прав­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам. Ри­бо­со­мы — уни­каль­ный сбо­роч­ный ап­па­рат. Ри­бо­со­ма сколь­зит по РНК и вы­стра­и­ва­ет из опре­де­лен­ных ами­но­кис­лот длин­ную по­ли­мер­ную цепь белка. Ами­но­кис­ло­ты до­став­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам с по­мо­щью транс­порт­ных РНК.

Для каж­дой ами­но­кис­ло­ты тре­бу­ет­ся своя транс­порт­ная РНК, со­от­вет­ству­ю­щая опре­де­лен­но­му три­пле­ту ин­фор­ма­ци­он­ной РНК (ко­до­ну) в мо­ле­ку­ле транс­порт­ной РНК, ко­то­рая имеет форму три­лист­ни­ка.

У нее есть уча­сток, к ко­то­рой при­со­еди­ня­ет­ся ами­но­кис­ло­та и дру­гой три­плет­ный ан­ти­ко­дон, ко­то­рый свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Таким об­ра­зом, це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лен­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка. Бы­ва­ют слу­чаи, когда вдоль ин­фор­ма­ци­он­ной РНК дви­жет­ся несколь­ко ри­бо­сом и син­те­зи­ру­ет­ся несколь­ко бел­ков.

Время жизни ин­фор­ма­ци­он­ной РНК ко­леб­лет­ся от 2 минут (как у неко­то­рых бак­те­рий) до несколь­ких дней (как, на­при­мер, у выс­ших мле­ко­пи­та­ю­щих). Затем ин­фор­ма­ци­он­ная РНК раз­ру­ша­ет­ся под дей­стви­ем фер­мен­тов, а нук­лео­ти­ды ис­поль­зу­ют­ся для син­те­за новой мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Таким об­ра­зом, клет­ка кон­тро­ли­ру­ет ко­ли­че­ство син­те­зи­ру­е­мых бел­ков и их тип.

Да­вай­те под­ве­дем итоги. Син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ция (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ке) и транс­ля­ции (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах).

Источник: http://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1319

Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

Термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: антикодон, биосинтез, ген, генетическая информация, генетический код, кодон, матричный синтез, полисома, транскрипция, трансляция.

Гены, генетический код и его свойства. На Земле живет уже более 6 млрд людей. Если не считать 25—30 млн пар однояйцовых близнецов, то генетически все люди разные.

Это означает, что каждый из них уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом и многими другими качествами. Чем же определяются такие различия между людьми? Конечно различиями в их генотипах, т.е. наборах генов данного организма.

У каждого человека он уникален, так же как уникален генотип отдельного животного или растения. Но генетические признаки данного человека воплощаются в белках, синтезированных в его организме. Следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека.

Вот почему возникает проблема пересадки органов, вот почему возникают аллергические реакции на продукты, укусы насекомых, пыльцу растений и т.д. Сказанное не означает, что у людей не встречается совершенно одинаковых белков.

Белки, выполняющие одни и те же функции, могут быть одинаковыми или совсем незначительно отличаться одной-двумя аминокислотами друг от друга. Но не существует на Земле людей (за исключением однояйцовых близнецов), у которых все белки были бы одинаковы.

Информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК – гене. Ген – это единица наследственной информации организма. Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип.

Кодирование наследственной информации происходит с помощью генетического кода. Код подобен всем известной азбуке Морзе, которая точками и тире кодирует информацию. Азбука Морзе универсальна для всех радистов, и различия состоят только в переводе сигналов на разные языки.

 Генетический код также универсален для всех организмов и отличается лишь чередованием нуклеотидов, образующих гены, и кодирующих белки конкретных организмов. Итак, что же собой представляет генетический код? Изначально он состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности. Например, ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д.

Каждый триплет нуклеотидов кодирует определенную аминокислоту, которая будет встроена в полипептидную цепь. Так, например, триплет ЦГТ кодирует аминокислоту аланин, а триплет ААГ – аминокислоту фенилаланин. Аминокислот 20, а возможностей для комбинаций четырех нуклеотидов в группы по три – 64.

Следовательно, четырех нуклеотидов вполне достаточно, чтобы кодировать 20 аминокислот. Вот почему одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Часть триплетов вовсе не кодирует аминокислоты, а запускает или останавливает биосинтез белка.

Собственно кодом считается последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, ибо она снимает информацию с ДНК (процесс транскрипции) и переводит ее в последовательность аминокислот в молекулах синтезируемых белков (процесс трансляции). В состав и РНК входят нуклеотиды АЦГУ. Триплеты нуклеотидов и-РНК называютсякодонами.

Уже приведенные примеры триплетов ДНК на и-РНК будут выглядеть следующим образом – триплет ЦГТ на и-РНК станет триплетом ГЦА, а триплет ДНК – ААГ – станет триплетом УУЦ. Именно кодонами и-РНК отражается генетический код в записи.

Итак, генетический код триплетен, универсален для всех организмов на земле, вырожден (каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном). Между генами имеются знаки препинания – это триплеты, которые называются стоп-кодонами. Они сигнализируют об окончании синтеза одной полипептидной цепи. Существуют таблицы генетического кода, которыми нужно уметь пользоваться, для расшифровки кодонов и-РНК и построения цепочек белковых молекул[1].

Биосинтез белка – это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах. Генетическая информация, снятая с ДНК и переведенная в код молекулы и-РНК, должна реализоваться, т.е. проявиться в признаках конкретного организма.

Эти признаки определяются белками. Биосинтез белков происходит на рибосомах в цитоплазме. Именно туда поступает информационная РНК из ядра клетки. Если синтез и-РНК на молекуле ДНК называется транскрипцией, то синтез белка на рибосомах называется трансляцией – переводом языка генетического кода на язык последовательности аминокислот в белковой молекуле.

Аминокислоты доставляются к рибосомам транспортными РНК. Эти РНК имеют форму клеверного листа. На конце молекулы есть площадка для прикрепления аминокислоты, а на вершине – триплет нуклеотидов, комплементарный определенному триплету – кодону на и-РНК. Этот триплет называется антикодоном. Ведь он расшифровывает код и-РНК.

В клетке т-РНК всегда столько же, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты.

Рибосома движется вдоль и-РНК, смещаясь при подходе новой аминокислоты на три нуклеотида, освобождая их для нового антикодона.

Аминокислоты, доставленные на рибосомы, ориентированы по отношению друг к другу так, что карбоксильная группа одной аминокислоты оказывается рядом с аминогруппой другой аминокислоты.

В результате между ними образуется пептидная связь. Постепенно формируется молекула полипептида.

Синтез белка продолжается до тех пор, пока на рибосоме не окажется один из трех стоп-кодонов – УАА, УАГ, или УГА.

После этого полипептид покидает рибосому и направляется в цитоплазму. На одной молекуле и-РНК находятся несколько рибосом, образующих полисому. Именно на полисомах и происходит одновременный синтез нескольких одинаковых полипептидных цепей.

Каждый этап биосинтеза катализируется соответствующим ферментом и обеспечивается энергией АТФ.

Биосинтез происходит в клетках с огромной скоростью. В организме высших животных в одну минуту образуется до 60 тыс. пептидных связей.

Реакции матричного синтеза. К реакциям матричного синтеза относят репликацию ДНК, синтез и-РНК на ДНК (транскрипцию), и синтез белка на и-РНК (трансляцию), а также синтез РНК или ДНК на РНК вирусов.

Репликация ДНК. Структура молекулы ДНК, установленная Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г., отвечала тем требованиям, которые предъявлялись к молекуле-хранительнице и передатчику наследственной информации. Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов.

Молекула способна к самоудвоению (репликации), причем на каждой старой половине молекулы синтезируется новая ее половина. Кроме того, на молекуле ДНК может синтезироваться молекула и-РНК, которая затем переносит полученную от ДНК информацию к месту синтеза белка. Передача информации и синтез белка идут по матричному принципу, сравнимому с работой печатного станка в типографии.

Информация от ДНК многократно копируется. Если при копировании произойдут ошибки, то они повторятся во всех последующих копиях. Правда, некоторые ошибки при копировании информации молекулой ДНК могут исправляться. Этот процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.

Репликация – это процесс самоудвоения молекулы ДНК, осуществляемый под контролем ферментов. На каждой из цепей ДНК, образовавшихся после разрыва водородных связей, при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируется дочерняя цепь ДНК. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток.

Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что в норме и происходит при делении соматических клеток.

Транскрипция – это процесс снятия информации с молекулы ДНК, синтезируемой на ней молекулой и-РНК. Информационная РНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности. Как и в любой другой биохимической реакции в этом синтезе участвует фермент.

Он активирует начало и конец синтеза молекулы и-РНК. Готовая молекула и-РНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.

Процесс перевода информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов и-РНК, в последовательность аминокислот в полипептиде называется трансляцией.

А1. Какое из утверждений неверно?

1) генетический код универсален

2) генетический код вырожден

3) генетический код индивидуален

4) генетический код триплетен

А2. Один триплет ДНК кодирует:

1) последовательность аминокислот в белке

2) один признак организма

3) одну аминокислоту

4) несколько аминокислот

А3. «Знаки препинания» генетического кода

1) запускают синтез белка

2) прекращают синтез белка

3) кодируют определенные белки

4) кодируют группу аминокислот

А4. Если у лягушки аминокислота ВАЛИН кодируется триплетом ГУУ, то у собаки эта аминокислота может кодироваться триплетами (см. таблицу):

1) ГУА и ГУГ 3) ЦУЦ и ЦУА

2) УУЦ и УЦА 4) УАГ и УГА

А5. Синтез белка завершается в момент

1) узнавания кодона антикодоном

2) поступления и-РНК на рибосомы

3) появления на рибосоме «знака препинания»

4) присоединения аминокислоты к т-РНК

А6. Укажите пару клеток в которой у одного человека содержится разная генетическая информация?

1) клетки печени и желудка

2) нейрон и лейкоцит

3) мышечная и костная клетки

4) клетка языка и яйцеклетка

А7. Функция и-РНК в процессе биосинтеза

1) хранение наследственной информации

2) транспорт аминокислот на рибосомы

3) передача информации на рибосомы

4) ускорение процесса биосинтеза

А8. Антикодон т-РНК состоит из нуклеотидов УЦГ. Какой триплет ДНК ему комплементарен?

1) ТЦГ 2) УУГ 3) ТТЦ 4) ЦЦГ

С1. Укажите последовательность аминокислот в молекуле белка, кодируемую следующей последовательностью кодонов: УУА – АУУ – ГЦУ – ГГА

С2. Перечислите все этапы биосинтеза белка.

Ответы Биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Часть А. А1 – 3. А2 – 3. А3 – 2. А4 – 1. А5 – 3. А6 – 4. А7– 3. А8 – 1.

Часть С. С1. ЛЕЙ – ИЛЕ – АЛА – ГЛИ.

С2. Этапами биосинтеза белка считаются: транскрипция – снятие информации с ДНК молекулой и-РНК, трансляция – снятие информации с и-РНК молекулами т-РНК, формирование полипептидной цепи, окончание синтеза посредством стоп-кодонов.

Источник: http://bbiology7.blogspot.com/p/blog-page_86.html

Биосинтез белков

Не вызывает сомнений, что необходимая для биосинтеза белка специфическая информация каким-то образом заключена в строении дезоксирибонуклеиновых кислот хромосом.

Эта точка зрения полностью подтверждается многочисленными наблюдениями о связи менделирующих генов с определенными молекулами белка.

Как мы уже видели, наиболее прямыми доказательствами ее справедливости служат те случаи, когда генетические данные можно сопоставить с физическими и химическими свойствами выделенных гомогенных белков, например гемоглобина, тирозиназы и β-лактоглобулина.

Не менее убедительны результаты, полученные бактериологами и вирусологами, которые показали, что хорошо очищенные препараты ДНК могут вызвать изменение как генотипа, так и фенотипа клеток-реципиентов или образование относительно сложного белкового комплекса, характерного для фаговых частиц.

Ясно, однако, что синтез белка возможен и вне ядра. В ретикулоците, например, синтез гемоглобина протекает с большой скоростью и прекращается лишь после того, как клетка становится зрелым эритроцитом.

То же самое наблюдается у морской водоросли Acetabularia mediterranea. Ее клетку можно разделить на две части: содержащую ядро и безъядерную.

Безъядерный фрагмент в течение некоторого времени синтезирует белок даже с большей скоростью, чем неповрежденная клетка, но вскоре этот синтез прекращается.

Поскольку биосинтез химически определенного белка, даже такого специфического, как гемоглобин, может продолжаться и в отсутствие ядра, центром нашего внимания становится механизм, посредством которого необходимая информация переносится в цитоплазму клетки и, по-видимому, временно сохраняется в ней.

Биосинтез белка принадлежит к числу тех биологических явлений, которые в большой степени зависят от структурной организации клетки.

Даже если синтез продолжается в отсутствие ядра, то это носит лишь временный характер (хотя прекращение синтеза, вероятно, вызывается недостаточностью какого-либо фактора обмена, лишь косвенно связанного с синтезом белка как таковым).

Вследствие такой зависимости синтеза белка от целостности структуры новейшие исследования природы субмикроскопических структур клетки, пожалуй, дали наиболее важные сведения для более четкого понимания природы механизма биосинтеза.

Несмотря на то, что эти исследования главным образом касались статической морфологии, на основании их результатов создается представление о клетке как о высокоорганизованной системе, которая состоит из взаимосвязанных метаболических единиц и которая должна соответствовать всем необыкновенным открытиям, сделанным энзимологами и генетиками.

Особенно важную роль в процессе изучения архитектуры клетки сыграли два относительно новых метода — электронная микроскопия ультратонких срезов и дифференциальное центрифугирование клеточных компонентов в растворе сахарозы.

Метод дифференциального центрифугирования дает возможность выделить более или менее гомогенные образцы митохондрий, микросом, ядер и других клеточных включений и позволяет изучить относительную способность этих отдельных фракций включать меченые предшественники в нуклеиновые кислоты и белки. Мы обсудим эти наблюдения ниже, а сейчас обратимся прежде всего к некоторым результатам, полученным при помощи электронной микроскопии и показывающим расположение этих функциональных компонентов неповрежденной клетки.

Представлена электронная микрофотография поджелудочной железы морской свинки, полученная Паладом. Точные наблюдения и измерения множества таких фотографий позволили установить наличие в цитоплазме мембран, расположенных в виде концентрических окружностей и имеющих толщину около 40 А.

Эти мембраны, которые называют по-разному — эндоплазматическая сеть, эргастоплазма или просто внутриклеточные цитоплазматические мембраны, — усеяны мелкими гранулами, мало проницаемыми для электронов.

Это те самые гранулы, которые можно выделить из гомогената ткани при дифференциальном центрифугировании в виде отдельной фракции (они обычно прикреплены к обрывкам разорванных мембран).

Шёстранд и Хэнзон сообщили, что в их опытах усеянные гранулами мебраны всегда располагались так, чтобы к митохондриям, клеточной оболочке или к другим мембранам была обращена сторона с гранулами, а к ядру — гладкая поверхность мембраны. Правильность этих наблюдений была подтверждена также рядом других исследователей.

Такое расположение совместимо со схемой. Здесь эндоплазматическая сеть изображена не в виде множества отдельных мембран, а в виде структуры, подобной смятой оболочке шара, окружающей ядро.

При этом гранулы могут иметь ориентацию, наблюдавшуюся Шёстрандом и Хэнзоном, а клетка оказывается разделенной на два главных отдела: один из них содержит ядро, а другой — митохондрии вместе с цитоплазматической жидкостью, в которую они погружены. Подобная структура создает в клетке большую поверхность, необходимую для метаболической активности, и может служить естественной границей между «генетической» частью клетки и ее синтетическим аппаратом.

Следует подчеркнуть, что схема — лишь один из нескольких возможных вариантов, приемлемых для специалистов-цитологов. Эта схема приведена здесь только для того, чтобы показать читателю, насколько подробно изучена субмикроскопическая структура клетки.

Единодушие, проявляемое специалистами в истолковании получаемых картин, больше, чем можно было бы ожидать в любой быстро развивающейся области науки; весьма ценно, что наибольшие различия во взглядах среди цитологов касаются относительно незначительных вопросов.

При гомогенизации ткани эндоплазматическая сеть разрушается. Результаты последних исследований ясно показывают, что так называемая микросомная фракция состоит главным образом из гранул, к которым еще присоединены обрывки сети.

При обработке препаратов микросом веществами, разрушающими липопротеиды, например дезоксихолатом, удается выделить частицы, содержащие большую часть РНК первоначального препарата и лишь небольшую часть (примерно 1/6) первоначального содержания белка.

Однако при электронно-микроскопическом изучении препаратов, обработанных рибонуклеазой, переваривающей и расщепляющей РНК, в них было обнаружено лишь вещество мембран.

В некоторых тканях, например в яйцеводе курицы, эргастоплазма не такая хрупкая, и даже после довольно сильной гомогенизации путем центрифугирования при относительно небольшом числе оборотов удается выделить сравнительно малоповрежденные комплексы мембран с гранулами. Происхождение эргастоплазмы не установлено.

Недавно было показано, что в клетках печени животных, получивших пищу после продолжительного периода голодания, регенерация мембран начинается по периферии клеток. Эти мембраны лишены гранул и лишь впоследствии приобретают вид, характерный для активно секретирующих клеток, т. е. оказываются усеяны гранулами.

Было высказано предположение, что эндоплазматическая сеть представляет собой результат длительного пиноцитоза (поглощения воды) и фагоцитоза (поглощения частиц) на поверхности клетки. Электронно-микроскопические исследования показали, что поглощенная жидкость и твердые частицы окружаются слоем внешней протоплазматической мембраны, захватываемой при проникновении питательных веществ сквозь поверхностный слой клетки. Эта мембрана становится продолжением эндоплазматической сети.

Если эти наблюдения подтвердятся, то придется допустить, что описываемые процессы должны быть связаны с интенсивным обменом.

Например, как показали недавно Свердлоу, Дальтон и Беркс, если бы внедрение протоплазматической мембраны в клетки, способные к активному поглощению, такие, как макрофаги, было длительным процессом, то клетки состояли бы только из этих мембран.

В таких клетках, безусловно, необходимы активные процессы как для регенерации новой мембраны, так и для разрушения эндоплазматической сети, которая при своем разрастании вдавливается в ядро.

Источник: http://www.activestudy.info/biosintez-belkov/