Конспект урока: Пластический обмен в клетке. Биосинтез белка. Генетический код

Генетическая информация

Белки являются основой видовой специфичности — это последовательность расположения аминокислот в полипептидной цепи (первичная структура белка), от которой зависят его биологические свойства, определяется последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК.

В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о 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.

Преемственность генетического материала в поколениях обеспечивается процессом репликации ДНК. Процесс репликации основан на принципах комплементарности, полуконсервативности, антипараллельности, прерывистости. Единица репликации — репликон.

Генетический код

Свойства генетического кода

Последовательность триплетов в цепи ДНК определяет последовательность аминокислот в белковой молекуле. 

Таблица генетического кода

Этапы биосинтеза

Процесс биосинтеза состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.

Транскрипция

Основной процесс.

Это перенос генетической информации из ядра (места хранения) к месту синтеза белка (рибосома, гранулярная ЭПС).

Место, где осуществляется процесс.

Процесс происходит в ядре на раскрученных участках ДНК (в зоне гетерохроматина).

Принцип процесса.

Синтез молекул РНК осуществляется на одной цепочке молекулы ДНК (транскрибируемой) по принципу комплементарности. 

Транскрипция идет в направлении 5’ ⟶ 3’, так как фермент РНК-полимераза присоединяется к промотору, который находится на 5’-конце транскрибируемой цепи ДНК.

Этапы процесса.

1. Инициация:
   - фермент РНК-полимераза в определённой точке инициации (промоторе) нанизывается на молекулу ДНК и раскручивает её (рис. 1).
   
   Рис. 1. Промотор в структуре гена эукариот
   
   *Промотор — это особый участок ДНК, который содержит определённый набор нуклеотидов — старт-сигнал.
    
2. Элонгация:
   - основная часть реакции — синтез молекулы и-РНК по принципу комплементарности из свободных нуклеотидов с затратой АТФ.
   
   - синтез цепочки и-РНК продолжается вслед за движением фермента по молекуле ДНК до стоп-кодона; в результате формируется молекула пре-и-РНК, содержащая информативные и неинформативные участки гена.
   
   *Информативные участки в ДНК — это гены, а внутри генов — экзоны. 
   *Неинформативные участки между генами — спейсеры, а внутри генов — интроны.
    
3. Терминация:
   - окончание синтеза РНК; фермент РНК полимераза встречается с терминатором (рис. 1), отделяется от ДНК, освобождается РНК-копия, ДНК восстанавливает двойную спираль.
   
   Терминатор — специфическая последовательность нуклеотидов — стоп-сигнал.
    
4. Посттранскрипционные процессы, или процессинг:
   - проходят в ядре, из пре-и-РНК удаляются неинформативные участки, а оставшиеся информативные «сшиваются». В результате молекула пре-и-РНК преобразуется в зрелую и-РНК;
   
   - зрелая-и-РНК передвигается через ядерную мембрану к рибосоме в цитоплазме с помощью белков, которые образуют для этого комплекс с и-РНК.

Списывание информации может осуществляться неоднократно с одного участка ДНК, поэтому молекулу ДНК называют матрицей, а синтез — матричным.

Синтез т-РНК и р-РНК осуществляется аналогичным способом в зоне ядрышка. Далее т-РНК поступают в цитоплазму, а р-РНК — на формирование половинок рибосом, а затем в цитоплазму, где из них образуются рибосомы.

Рис. 2. Транскрипция

Трансляция

Основной процесс.

Это синтез белковых молекул в рибосоме на одной цепочке и-РНК. 

Место, где осуществляется процесс.

Процесс происходит на рибосомах ЭПС.

Принцип процесса.

Синтез молекул белка осуществляется на цепи зрелой молекулы и-РНК по принципу соответствия триплетов и аминокислот, который отражен в таблице генетического кода (рис. 2). Трансляция идет в направлении 5’ ⟶ 3’, так как и-РНК встраивается в рибосому 5’-концом.

Этапы процесса.

1. Активация — соединение аминокислот с определёнными молекулами т-РНК.

В т-РНК в форме клеверного листа имеется два центра:

• антикодон — содержит триплет комплиментарный триплету в центре узнавания на и-РНК,
• кодон — содержит площадку для прикрепления аминокислоты под воздействием фермента кодаза и с затратой энергии АТФ.
   

2. Инициация — начало синтеза:
- и-РНК становится между субъединицами рибосомы;
- в рибосоме формируется функциональный центр (ФЦР) из 2-х триплетов (6 нуклеотидов):

• один триплет — центр узнавания триплета т-РНК,
• второй триплет — центр присоединения аминокислоты к белковой цепочке;

- в центре узнавания рибосомы проверяется соответствие триплета и-РНК и антикодона т-РНК:
 

- процесс протекает под контролем р-РНК.

3. Элонгация — удлинение цепи:

- в центре присоединения между первой и второй аминокислотой происходит образование пептидной связи под воздействием фермента синтетаза с затратой энергии, в результате образуется цепочка белковой молекулы, а т-РНК покидает рибосому;

- процесс повторяется многократно, и первичная цепочка белка каждый раз увеличивается на одну аминокислоту;

- на одной и-РНК может одновременно умещатьс несколько рибосом —

полисома, значит идёт одновременно синтез нескольких белковых молекул.

4. Терминация — окончание синтеза:

- как только рибосома дойдёт до стоп-кодона и-РНК, произойдёт распадение комплекса;

- полипептид отделяется от матрицы — и-РНК и поступает в ЭПС или цитоплазму, где происходит «созревание» белков (на основе первичной структуры белка образуются его вторичная, третичная и четвертичная структуры и белок приобретает свою требуемую конформацию II, III, IV структуры).

Рис. 3. Трансляция

Сравнение матричных реакций в клетке