Тема 18.
Биосинтез белка. Регуляция активности генов.
Решение задач
Основные вопросы теории
Биосинтез белка
Биосинтез белка – важнейший анаболический процесс.
Все морфологические и функциональные особенности любой клетки и организма в целом определяются структурой специфических белков, входящих в состав клеток. Способность к синтезу только строго определенных белков является наследственным свойством организмов. Последовательность расположения аминокислот в полипептидной цепи (первичной структуре белка), от которой зависят его биологические свойства, определяется последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК.
Таким образом,
1. Белки являются основой видовой специфичности.
2. В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, обо всех признаках каждой клетки и организма. Эта информация называется генетической. Участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи, называется геном. Совокупность молекул ДНК клетки выполняет функцию носителя генетической информации.
3. Преемственность генетического материала в поколениях обеспечивается процессом репликации ДНК. Процесс репликации основан на принципах комплементарности, полуконсервативности, антипараллельности, прерывистости. Единица репликации – репликон.
Биосинтез белка
 |
1. Транскрипция – механизм, с помощью которого последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в комплементарную ей последовательность нуклеотидов иРНК.
(Видеофрагмент «Транскрипция».)
Гистоны, связанные с двойной спиралью ДНК, отделяются, обнажая полинуклеотидные последовательности ДНК. ДНК раскручивается и освобождаются одиночные цепи. Одна из них избирается матрицей для построения комплементарной цепи иРНК. Молекула иРНК образуется в результате связывания свободных рибонуклеотидов под действием РНК-полимеразы по принципу комплементарности:
| ДНК | А | Т | Г | Ц |
| РНК | У | А | Ц | Г |
Так синтезируются иРНК, тРНК, рРНК. Используются ферменты, АТФ, Mg2+. Синтезированные молекулы иРНК подвергаются процессингу (созреванию), и зрелая иРНК, несущая генетическую информацию, выходит из ядра через ядерные поры и направляется к рибосоме. Транскрипция прекращается, и две цепи ДНК вновь соединяются, восстанавливается двойная спираль и связь с гистонами.
Таким образом, транскрипция – это синтез всех видов РНК по матрице ДНК, осуществляемый ферментом ДНК - зависимой РНК-полимеразой. Выделяют 4 стадии:
1) связывание РНК-полимеразы с промотором;
2) инициация – начало синтеза (образование фосфодиэфирной связи между АТФ или ГТФ и следующим нуклеотидом);
3) элонгация – рост цепи РНК, т.е. последовательное присо-единение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные им нуклеотиды в транскрибируемой ДНК;
4) терминация – завершение синтеза РНК.
Генетический код
Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в иРНК.
Свойства генетического кода
1. Код триплетен: одна аминокислота кодируется тремя ну-клеотидами – триплет (кодон), 43=64.
2. Код вырожден: каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном (2–6). Исключение: три, мет – 1.
3. Код однозначен: каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.
4. Между генами есть «знаки препинания» – стоп-кодоны: УАА, УГА, УАГ.
5. Внутри гена нет «знаков препинания».
6. Код универсален, т.е. един для всех живущих на Земле.
2. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи.
(Видеофрагмент «Трансляция».)
Подготовительным этапом трансляции является рекогниция – активирование иприсоединение аминокислоты к тРНК (фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза)).
Затем иРНК соединяется с рибосомой (у прокариот начинается синтез с кодона АУГ, с которым взаимодействует антикодон особой тРНК (с формилметионином)), затем первая тРНК доставляет сюда первую аминокислоту (для каждой аминокислоты есть своя тРНК) и связывается с определенным участком иРНК по принципу комплементарности (антикодон тРНК соответствует кодону иРНК).
Происходит связывание с иРНК и с рибосомой второй тРНК, несущей вторую аминокислоту. Первая и вторая аминокислоты соединяются пептидной связью (фермент пептидил-трансфераза). Затем рибосома перемещается на один триплет вперед, первая тРНК освобождается, приходит третья тРНК. Рибосома перемещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом, делая каждый из них доступным для контакта с тРНК. Сущность трансляции в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК. Если антикодон тРНК соответствует кодону иРНК, то аминокислота, доставляемая такой тРНК, включается в полипептидную цепь, и рибосома перемещается на следующий триплет (фермент транслоказа).
Как только рибосома дойдет до стоп-кодона иРНК, происходит распад комплекса, полипептид отделяется от матрицы -иРНК и приобретает свою конформацию.
Для трансляции необходимы ферменты (кодаза, пептидил-трансфераза, транслоказа), энергия АТФ, ионы Mg2+.
Таким образом, главными этапами трансляции являются:
1) присоединение иРНК к рибосоме;
2) рекогниция (активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК);
3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;
4) элонгация (удлинение) цепи;
5) терминация (окончание синтеза) цепи;
6) дальнейшее использование иРНК (или ее разрушение).
