Биосинтез и транскрипция, биология

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице – нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом “генетическом языке”. Скоро вы все поймете – мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится – перерисуйте его себе 🙂

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) – АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать – УАГ (кодон иРНК). тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись – АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК – удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio – удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) – в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А – У, Т – А, Г – Ц, Ц – Г (загляните в “генетический словарик” выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК – промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК – терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень – в процесс трансляции. Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним – мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц. Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии. Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту, соответствующую кодону АУГ – метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет. Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) – У (урацил), Г (гуанин) – Ц (цитозин). В основе этого также лежит принцип комплементарности. Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу иРНК одновременно – образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.

• Терминация

Синтез белка – полипептидной цепи из аминокислот – в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция – завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй – из верхнего горизонтального, третий – из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота 🙂

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА – Глн. Попробуйте самостоятельно найти аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота – Ала, ААА – Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк: это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

“Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода”

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

“Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ.

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК”

Обратите свое пристальное внимание на слова “Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК “. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу синтезировать с ДНК фрагмент тРНК – другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой – мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК – АЦГ соответствует антикодону тРНК – УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК, так что переведем антикодон тРНК – УГЦ в кодон иРНК – АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ – Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК – так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%. 100% – (20%+20%) = 60% – столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

Биосинтез белка в клетке: процессы, этапы и последовательность синтеза клеточных белков

В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ — процессы синтеза и распада веществ. Каж­дая клет­ка син­те­зи­ру­ет необ­хо­ди­мые ей ве­ще­ства. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся био­син­те­зом. 

Био­син­тез — это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов. Биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. 

Одним из важнейших процессов биосинтеза в клетке является процесс биосинтеза белков, который включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке — это реакции матричного синтеза. Матричный синтез — это синтез новых молекул в соответствии с планом, заложенным в других уже существующих молекулах. 

Синтез белка в клетке протекает при участии специальных органелл — рибосом. Это немембранные органеллы, состоящие из рРНК и рибосомальных белков.

Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене — участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие между последовательностью аминокислот в белке и последовательностью нуклеотидов в кодирующих его ДНК и иРНК определяется универсальным правилом — генетическим кодом.

Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом — в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г), цитозина (Ц), а белки — из 20 видов аминокислот.

Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков. Генетический код — соотношения нуклеотидных последовательностей и аминокислот, на основе которых осуществляется такой перевод.

 

Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипция и трансляция. 

Этапы синтеза белка в клетке‍

Транскрипция — первый этап биосинтеза белка

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК

Транскрипция (с лат. transcription — переписывание) происходит в ядре клетки с участием ферментов, основную работу из которых осуществляет транскриптаза. В этом процессе матрицей является молекула ДНК.

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 путём син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Копировать информацию, хотя она уже содержится в молекуле ДНК, необходимо по следующим причинам: синтез белка происходит в цитоплазме, а молекула ДНК слишком большая и не может пройти через ядерные поры в цитоплазму. А маленькая копия её участка — иРНК — может транспортироваться в цитоплазму.

После транскрипции громоздкая молекула ДНК остаётся в ядре, а молекула иРНК подвергается «созреванию» — происходит процессинг иРНК. На её 5’ конец подвешивается КЭП для защиты этого конца иРНК от РНКаз — ферментов, разрушающих молекулы РНК.

На 3’ конце достраивается поли(А)-хвост, который также служит для защиты молекулы. После этого проходит сплайсинг — вырезание интронов (некодирующих участков) и сшивание экзонов (информационных участков).

После процессинга подготовленная молекула транспортируется из ядра в цитоплазму через ядерные поры.

Транскрипция пошагово:

1. РНК полимераза садится на 3’ конец транскрибируемой цепи ДНК.
2. Начинается элонгация — полимераза «скользит» по ДНК в сторону 5’ конца и строит цепь иРНК, комплементарную ДНК.
3. Полимераза доходит до конца гена, «слетает» с ДНК и отпускает иРНК.
4. После этого происходит процесс созревания РНК — процессинг.

Проверьте себя: помните ли вы принцип комплементарности? Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке напротив азотистых оснований другой — это и есть правило комплементарности

Трансляция — второй этап биосинтеза белка

Трансляция — это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. 

Что же происходит в клетке? Трансляция представляет собой непосредственно процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Трансляция происходит в цитоплазме клетки. В трансляции участвуют рибосомы, ферменты и три вида РНК: иРНК, тРНК и рРНК. Глав­ным по­став­щи­ком энер­гии при трансляции слу­жит мо­ле­ку­ла АТФ — аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та. 

Во время транс­ля­ции нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­во­дят­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в мо­ле­ку­ле по­ли­пеп­тид­ной цепи. Этот про­цесс идёт в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах.

Об­ра­зо­вав­ши­е­ся ин­фор­ма­ци­он­ные РНК вы­хо­дят из ядра через поры и от­прав­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам. Ри­бо­со­мы — уни­каль­ный сбо­роч­ный ап­па­рат. Ри­бо­со­ма сколь­зит по иРНК и вы­стра­и­ва­ет из опре­де­лён­ных ами­но­кис­лот длин­ную по­ли­мер­ную цепь белка.

Ами­но­кис­ло­ты до­став­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам с по­мо­щью транс­порт­ных РНК. Для каж­дой ами­но­кис­ло­ты тре­бу­ет­ся своя транс­порт­ная РНК, ко­то­рая имеет форму три­лист­ни­ка.

У неё есть уча­сток, к ко­то­рому при­со­еди­ня­ет­ся ами­но­кис­ло­та и дру­гой три­плет­ный ан­ти­ко­дон, ко­то­рый свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле иРНК.

Це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лён­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка.

Время жизни ин­фор­ма­ци­он­ной РНК ко­леб­лет­ся от двух 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.

Трансляция пошагово:

1. Рибосома узнаёт КЭП, садится на иРНК. 
2. На Р-сайт рибосомы приходит первая тРНК с аминокислотой. 
3. На А-сайт рибосомы приходит вторая тРНК с аминокислотой. 
4. АК образуют пептидную связь.

    

5. Рибосома делает шаг длиною в один триплет. 
6. На освободившийся А-сайт приходит следующая тРНК. 
7. АК образуют пептидную связь. 
8. Процессы 5–7 продолжаются, пока рибосома не встретит стоп-кодон.

    

9. Рибосома разбирается, отпускает полипептидную цепь. 

По промокоду BIO92021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Резюме

Теперь вы знаете, что биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. Процесс биосинтеза белков включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке, — это реакции матричного синтеза. 

Син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ции (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ки) и транс­ля­ции (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах). Эти этапы сменяют друг друга и состоят из последовательных процессов.

Трансляция и транскрипция как этапы биосинтеза белка, генетический код

Определение 1

Биосинтез белка — это ферментативный процесс синтеза белков в клетке, в котором принимают участие три структурных элемента клетки: ядро, цитоплазма и рибосомы.

Молекулы ДНК в ядре клетки сохраняют информацию обо всех белках, синтезирующихся в этой клетке. Эта информация находится в зашифрованном виде — шифруется 4-буквенным кодом.

Определение 2

Генетический код представляет собой последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющей последовательность аминокислот в молекуле белка.

Генетический код обладает следующими свойствами:

• он триплетный. У каждой аминокислоты есть свой кодовый триплет или кодон, в состав которого входят три нуклеотида, расположенные рядом.

Пример 1

К примеру, такая кислота как цистеин кодируется при помощи триплета А-Ц-А. В отношении валина — это Ц-А-А.

• код не перекрывается. Это значит, что в составе двух соседних триплетов нет того же нуклеотида.
• вырожденный код. Имеется в виду, что какая-либо аминокислота кодируется при помощи нескольких триплетов.

Пример 2

Если взять аминокислоту тирозин, то она кодируется при помощи двух триплетов.

• в коде не содержатся запятые, выполняющие функцию разделительных знаков, поэтому информация считывается тройками нуклеотидов.

Замечание 1

УАГ, УАА, УГА — три несодержательных кодона, не кодирующие аминокислоты. Предполагается, что они выступают в качестве стоп-сигналов, благодаря которым происходит разделение генов в молекуле ДНК.

Определение 3

Ген — участок молекулы ДНК, для которого свойственна определенная последовательность нуклеотидов. Ген определяет синтез одной полипептидной цепи.

• универсальность кода. Он един для всех живых организмов, включая бактерий и человека. Все организмы содержат одинаковые 20 аминокислот, кодируемые одними и теми же триплетами.

Этапы биосинтеза белка: транскрипция и трансляция

Транскрипция белка

Этапы биосинтеза белка основаны на двух процессах: транскрипции и трансляции.

Самый популярный вопрос в рамках этой темы — где происходит синтез белка. И только потом разбираются с этапами синтеза белка (и схемой биосинтеза белка).

Любая белковая молекула имеет структуру, закодированную в ДНК. В ее синтезе эта ДНК не принимает непосредственного участия. Роль белковой молекулы — роль матрицы для синтеза РНК.

Далее охарактеризуем функции различных видов РНК в биосинтезе белка.

Где и как происходит биосинтез белка? Синтез белка происходит в, а точнее, синтез белка происходит на рибосомах — в основном они размещаются в цитоплазме. Поэтому, чтобы генетическая информация из ДНК передалась к месту, где белок синтезируется, необходим посредник.

Роль такого посредника играет иРНК.

Первый этап биосинтеза белка — транскрипция.

Определение 4

Транскрипция (переписывание) — процесс синтеза молекулы иРНК на одной цепи молекулы ДНК, в основе которого лежит принцип комплементарности.

Биосинтез белка происходит в рибосомах — с этим мы разобрались.

Где происходит транскрипция? Этот процесс осуществляется в ядре клетки.

Транскрипция происходит в одно и то же время не на всей молекуле ДНК — для этого достаточно одного небольшого участка, отвечающего за определенный ген. Часть двойной спирали ДНК раскручивается, и короткий участок одной из цепей оголяется. Роль матрицы в синтезе молекул иРНК выполняет этот же участок.

Далее в дело вступает фермент РНК-полимераза, который движется вдоль этой цепи. Он соединяет нуклеотиды в цепь иРНК, тем самым удлиняя ее.

Замечание 2

Процесс транскрипции осуществляется одновременно на нескольких генах одной хромосомы и на генах разных хромосом.

иРНК, образованная в результате, имеет последовательность нуклеотидов — точную копию последовательности нуклеотидов на матрице.

Если молекула ДНК содержит азотистое основание цитозин, то иРНК — гуанин и наоборот. Комплементарная пара ДНК — аденин-тимин, РНК — аденин-урацил.

Замечание 3

тРНК и рРНК (другие типы РНК) синтезируются на специальных генах.

Специальные триплеты строго фиксируют начало и конец синтеза всех типов РНК на матрице ДНК. Они же осуществляют контроль запуска и остановку синтеза (инициирующие и терминальные). Между генами они играют роль «разделительных знаков».

Аминокислоты соединяются с тРНК в цитоплазме. По своей форме молекула тРНК — лист клевера. Вверху этого листа находится антикодон: триплет нуклеотидов, отвечающий за кодировку аминокислоты (ее эта тРНК и переносит).

Замечание 4

Количество тРНК определяется количеством аминокислот.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Так как много аминокислот кодируется при помощи нескольких триплетов, то количество тРНК превышает 20. Сегодня известно примерно 60 тРНК.

Ферменты — связующее звено между аминокислотами и тРНК. С помощью молекул тРНК осуществляется транспортировка аминокислот к рибосомам.

Кратко о трансляции в биологии

Что такое трансляция в биологии и как связан с трансляцией биосинтез белка?

Определение 5

В биологии трансляция — это процесс реализации информации о структуре белка, представленной в иРНК последовательностью нуклеотидов, как последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка.

Как и где происходит биосинтез белка в рамках трансляции и какова схема синтеза белка?

Первый этап трансляции белка — присоединение иРНК к рибосоме. Далее трансляция в биологии — это нанизывание первой рибосомы, синтезирующей белок, на иРНК. Далее трансляция синтеза белка основывается на нанизывании новой рибосомы — по мере того, как предыдущая рибосома продвигается на конец иРНК, который освобождается.

Одна иРНК может одновременно вмещать свыше 80 рибосом, синтезирующих один и тот же белок.

Определение 6

Полирибосома или полисома — группа рибосом, соединенных с одной иРНК,

Информация, записанная на иРНК (а не рибосома), определяет вид синтезируемого белка. Разные белки могут синтезироваться одной и той же рибосомой. Рибосома отделяется от иРНК после того, как синтез белка завершается. Заключительный этап трансляции — это синтез белка или его поступление в эндоплазматическую сеть.

Рибосома включает две субъединицы: малую и большую. Присоединение молекулы иРНК происходит к малой субъединице. Место, в котором рибосома и иРНК контактируют, содержит 6 нуклеотидов (2 триплета).

Из цитоплазмы к одному из триплетов постоянно подходят тРНК с различными аминокислотами. Своим антикодоном они касаются кодона иРНК.

В случае комплементарности кодона и антикодона, возникает пептидная связь: она образуется между аминокислотой уже синтезированной части белка и аминокислотой, доставляемой тРНК.

Фермент синтетазы участвует в соединении аминокислот в молекулу белка. После отдачи аминокислоты молекула тРНК переходит в цитоплазму, в результате чего рибосома перемещается на один триплет нуклеотидов.

Таким образом, происходит последовательный синтез полипептидной цепи. Этот процесс длится до момента достижения рибосомой одного из трех терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА.

Как только это происходит, синтез белка останавливается.

Последовательность того, как аминокислоты включаются в цепь белка, определяется последовательностью кодонов иРНК. В каналы эндоплазматического ретикулюма поступают синтезированные белки. Синтез одной молекулы белка в клетке происходит в течение 1-2 минут.

Схема синтеза белка выглядит следующим образом:

Из схемы биосинтеза белка выше вы можете понять, на чем осуществляется синтез белков, как происходит биосинтез белка, и что кроется за трансляцией и транскрипцией.

Также предлагаем изучить таблицу биосинтеза белка. Здесь описано, как осуществляется синтез белков в клетке, описываются кратко транскрипция и трансляция (этапы синтеза белка).

Таблица биосинтеза белка:

Из таблицы становится ясно, как проходит синтез белка, какие основные этапы синтеза белка, какова роль транскрипции в биосинтезе белка, где происходит синтез белков (место), а также кратко описаны стадии биосинтеза белка.

Таким образом мы охарактеризовали функции различных видов РНК в биосинтезе белков. На примере трансляции и транскрипции мы рассмотрели основные этапы биосинтеза белка.

Это информация о синтезе (биосинтезе) белка кратко.

Биосинтез белка

Сегодня мы разберемся, как наше тело создает белки по инструкции, которая заложена в нашей ДНК.

Именно в этом процессе заключена тайна того, как реализуется информация с ДНК, каким образом мы строим наше тело именно так, как в ней записано.

Белки — самый разнообразный по функциям класс органических соединений, сложно найти в организме хоть одну функцию, за которую не отвечали бы белки. В ДНК «записано» как построить любой белок нашего организма. Но как этот процесс происходит? Сейчас узнаем 😉

Матричные процессы

Напоминаю, что процессы синтеза ДНК, РНК и белков в биологии называют матричными, потому что новые вещества синтезируются строго по шаблону, то есть по матрице. Транскрипция — синтез РНК по шаблону ДНК, трансляция — синтез белка по шаблону РНК, репликация — синтез ДНК по шаблону ДНК.

Нас сейчас будут интересовать два процесса — транскрипция и трансляция.

ДНК находится в ядре клетки и никуда из него не выходит (только когда клетка делится) — длина ДНК в каждой клетки нашего тела целых 2 метра (как помещается? Просто хорошо упакована) вытаскивать ее оттуда ради какого-то белка — так себе идея. При этом нужно помнить, что ДНК содержит информацию для синтеза десяток тысяч белков! Если нам нужен один конкретный — мы просто скопируем нужный для его синтеза кусочек ввиде РНК и уже с РНК будем синтезировать белок.

• Этот процесс называется транскрипция — синтез РНК с матрицы ДНК.
• После транскрипции, РНК выходит из ядра в цитоплазму, присоединяется к рибосоме и начинается трансляция — синтез белка по матрице иРНК.
• Рибосома — органелла, которая синтезирует белок

Как запомнить, что такое трансляция, а что — транскрипция?Транскрипция — как в английском языке, когда мы с помощью странных символов записываем, как произносится слово, что-то типа перевода с одного языка на другой. Также и в биологии, запомним как перевод с языка ДНК на язык РНК (можно даже буквы приплести, в ДНК нуклеотиды — А,Т, Г,Ц, а в РНК — А,У, Г, Ц).Трансляция — итог, сам синтез белка. Можно представить картинки — рибосома публично на площади зачитывает РНК и командует постройкой белка, транслируя информацию о нем. Или более современно — рибосома ведет прямую трансляцию в инсту/ютуб/вк/тик-ток, как приготовить белок.

Транскрипция

Еще раз — синтез РНК по матрице ДНК

Происходит этот процесс у эукариот в ядре, что логично — ведь участвует ДНК.

Напомню, что ДНК и РНК состоят из нуклеотидов. ДНК — Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин, РНК — почти то же самое, но вместо Тимина — Урацил. Комбинация этих нуклеотидов в цепи — и есть информация. В зависимости от их последовательности в итоге будут получаться разные белки.

Две цепи ДНК также как и при репликации расплетаются в нужном месте, чтобы был доступ к азотистым основаниям нуклеотидов, которые связываются по принципу комплиментарности.

Весь процесс выглядит такВесь процесс выглядит так

Принцип комплиментарности — Аденин соответствует Тимину (или Урацилу в РНК), Гуанин — Цитозину.

Синтез РНК идет с одной цепи ДНК, эта цепь называется транскрибируемой (ну логично, она же участвует в транскрипции), а другая цепь, с которой не идет синтез РНК, называется смысловой (так как по составу нуклеотидов она почти полностью совпадает с РНК, разница лишь в тимине/урациле).

Также не забываем про антипараллельность — там где у одной цепи 3'-конец, у другой 5'-конец и наоборот.

Тут нарисованы две цепи ДНКТут нарисованы две цепи ДНК

Транскрипцию осуществляет специальный фермент — РНК-полимераза. Выстраивать нуклеотиды новой цепи он может только от 5' к 3' концу (как и ДНК-полимераза)

ДНК-полимераза делает ДНК, осуществляет репликациюРНК-полимераза делает РНК, осуществляет транскрипцию

Значит перед тем, как записать РНК, нам нужно убедиться, что транскрипционная ДНК (с которой будет идти синтез), развернута в направлении от 3' к 5'.

На этой картинке мы видим:1) Принцип комплиментарности — Аденину в ДНК соответствует Урацил в РНК, Тимину в ДНК соответствует Аденин в РНК, Гуанину — Цитозин и Цитозину — Гуанин. Обратите внимание, где аденин там урацил, где тимин, там аденин.

2) Принцип антипараллельности — там где у ДНК 3' — у РНК 5' и наоборот.

3) Транскрипция идет с транскрибируемой цепи4) РНК записывается в направлении от 5' к 3', так как РНК-полимераза работает только в этом направлении5) Между Аденином и Урацилом, Тимином и Аденином — двойная водородная связь, а между Гуанином и Цитозином — тройная.

Любой вид РНК синтезируется на матрице ДНК с помощью процесса транскрипции — и тРНК, и рРНК, и иРНК

Трансляция

Синтез белка рибосомами с помощью матрицы иРНК

После того, как РНК синтезирована, она выходит из ядра через поры и попадает в цитоплазму — жидкое содержимое клетки.

Есть три вида РНК и все они участвуют в процессе трансляции:1) Информационная РНК (иРНК или мРНК) — матрица, инструкция, по которой аминокислоты выстриваются в определенной последовательности.2) Транспортная РНК (тРНК) — транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка3) Рибосомальная РНК (рРНК) — просто входит в состав рибосомы, как каркас.

Процесс трансляции происходит в специальном органоиде — рибосоме. Это как молекулярный завод по производству белков. Рибосома состоит из двух субъединиц — большой и малой. При трансляции иРНК протаскивается между ними.

Рибосомы могут свободно плавать в цитоплазме или быть прикрепленными к шероховатому Эндоплазматическому Ретикулуму. Первый вариант используется если белок останется в клетке, второй — если его надо куда-то потом транспортировать.

Как же именно рибосома расшифровывает последовательность ДНК, чтобы понять, куда какой нуклеотид?

Сначала разберемся в том, как работает генетический код.

Свойства генетического кода

Для этого используется триплетный код — каждые три нуклеотида соответствуют какой-то аминокислоте.

Триплет — три нуклеотида, иногда еще его называют кодон (не гадон, а кодон, от слова «код»))

АУГАЦУ — цепь иРНК, Мет (метионин) и Тре (треонин) — аминокислоты.АУГАЦУ — цепь иРНК, Мет (метионин) и Тре (треонин) — аминокислоты.

При этом важно понять, что три нуклеотида кодируют только одну, конкретную аминокислоту, но при этом одну и ту же аминокислоту могут кодировать несколько триплетов. Это отражается в еще двух свойствах генетического кода:Однозначность — каждому триплету соответствует одна аминокислотаВырожденность — одной аминокислоте могут соответствовать несколько триплетов.

Как разобраться в этой мути?Представить, что было бы, будь все по-другому.

1) Порядок расположения аминокислот в белке определяет его свойства, если в белке идет сначала мет, потом тре — то так и должно быть, если там будут другие аминокислоты — он просто не сможет правильно работать.

Триплет АУГ кодирует метионин, если бы он кодировал еще какие-то аминокислоты — была бы полная неразбериха и анархия. Поэтому нужно правило

однозначности — один триплет — строго одна аминокислота. АУГ — мет, АЦУ — тре и тд.2) Аминоксилот, нужных для построения белка всего 20, а сочетаний нуклеотидов в триплете аж 64! Логично, что будут повторы и одну и ту же аминокислоту будут кодировать разные триплеты. Например, триплеты ЦЦА, ЦЦУ, ЦЦГ, ЦЦЦ — все колируют аминокислоту пролин. То есть код избыточен (вырожден — синоним)

Посмотрим на таблицу генетического кода — это как словарь-переводчик, какому триплету какая аминокислота соответствует

Обратите внимание, что перед тем как читать иРНК по таблице генетического кода, нужно убедиться, что она у вас записана от 5' к 3' — рибосома читает ее в этом направлении. Таблицу на ЕГЭ вам дадут, учить ее не надо, только понимать как использовать.

Еще одно свойство — код непрерывен.

Это значит, что между триплетами нет никаких промежутков — «знаками препинания» являются сами триплеты — стоп-кодоны используются как сигнал прекратить синтез, старт-кодоны — как сигнал начать синтез с этого места.

Старт-кодон — ауг, он синтезирует метионин, с него всегда начинается полипептидная цепь.

Стоп-кодоны — УАА, УАГ, УГА — им не соответствует никакая аминокислота, поэтому когда они проходят через рибосому, она просто прекращает синтез — белок готов.

Если каждые три нуклеотида кодируют определенную аминокислоту (либо стоп), то что будет, если последовательность съедет? Например у нас есть цепь -АУГГЦАУУЦ- мы ее можем разбить на триплеты так АУГ-ГЦА-УУЦ, а можем так -А-УГГ-ЦАУ-УЦ-, или так -АУ-ГГЦ-АУУ-Ц-. Будет катастрофа. потмоу что триплеты сместятся и это будут уже совсем другие аминокислоты! Чтобы этого не проиходило, код обладает еще одни свойством:

Код неперекрываем — считывание идет триплет за триплетом, строго в рамке считывания.

Рамка считывания — порядок, по которому мы берем по три нуклеотида в кодон (кодон=триплет).

И наконец последнее свойство — код универсален — для любых живых организмов таблица генетического кода одинакова. Одни и те же триплеты соответствуют одним и тем же аминокислотами и у тебя и у древней бактерии.

Это дает возможность для создания трансгенных организмов). Ну и конечно же показывает нам, что все имеет некого общего предка и развивается по похожим молекулярным принципам.

Еще раз свойства генетичекого кода:1) Код триплетен2) Код однозначен3) Код вырожден4) Код непрерывен5) Код неперекрываем6) Код однозначен

Попробуй сейчас самостоятельно вспомнить, что значат эти свойства — а потом вернись и проверь себя.

Как работает рибосома?

Рибосома ползет по информационной РНК, когда триплет попадает в первый сайт (место) в рибосоме — из цитоплазмы подбирается транспортная РНК (как крест на схеме) с соответствующим антикодоном, которая несет нужную аминокислоту.

Кодон — триплет информационной РНК(на схеме в рибосоме ЦГУ, АЦГ)Антикодон — триплет транспортной РНК (на схеме в рибосоме ГЦА, УГЦ)

Затем во второй сайт заходит вторая транспортная РНК. Между аминокислотами, которые они принесли выстраивается пептидная связь. Рибосома сдвигается на один триплет и процесс продолжается.

Чтобы разобраться в этой теме, я очень советую посмотреть анимационные видео на ютубе.

У эукариот есть ядро, значит транскрипция у них идет в ядре, а трансляция — на рибосомах в цитоплазме (ну или на шероховатом ЭПР)

У прокариот ядра нет — у них и транскрипция и трансляция могут происходить одновременно в цитоплазме. При этом к одной иРНК может прикрепляться несколько рибосом одновременно, такая структура называется полисома и есть только у прокариот (бактерий).

Поздравляю тебя с завершением изучения одной из важнейших тем биологии! Хорошая ее проработка поможет тебе набрать максимум баллов за 27 задачу. Чтобы обучение было эффективным, попробуй сейчас по памяти воспроизвести что ты запомнил, а потом еще раз пробегись глазами по статье. Ну и не забудь посмотреть видео про трансляцию. Удачи!