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)
- Элонгация (лат. elongare — удлинять)
- Терминация (лат. terminalis — заключительный)
Образуется несколько начальных кодонов иРНК.
Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.
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
- Элонгация
- Терминация
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.
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. 
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:
- РНК полимераза садится на 3’ конец транскрибируемой цепи ДНК.
- Начинается элонгация — полимераза «скользит» по ДНК в сторону 5’ конца и строит цепь иРНК, комплементарную ДНК.
- Полимераза доходит до конца гена, «слетает» с ДНК и отпускает иРНК.
- 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:
- Рибосома узнаёт КЭП, садится на иРНК.
- На Р-сайт рибосомы приходит первая тРНК с аминокислотой.
- На А-сайт рибосомы приходит вторая тРНК с аминокислотой.
- АК образуют пептидную связь.
- Рибосома делает шаг длиною в один триплет.
- На освободившийся А-сайт приходит следующая тРНК.
- АК образуют пептидную связь.
- Процессы 5–7 продолжаются, пока рибосома не встретит стоп-кодон.
- 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!
Загрузка...
