Биосинтез белка поэтапно: 1. Синтез белков в клетке

1. Синтез белков в клетке

Каждая клетка содержит тысячи белков. Свойства белков определяются их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот в их молекулах.

 

В свою очередь наследственная информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Эта информация получила название генетической, а участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется ген.

Ген — это участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка.

Ген — это единица наследственной информации организма.

 

Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип.

Биосинтез белка

Биосинтез белка — это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определённую последовательность аминокислот в белковых молекулах.

Процесс биосинтеза белка состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.

 

 

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.

Транскрипция

Транскрипция — это процесс снятия информации с молекулы ДНК синтезируемой на ней молекулой иРНК (мРНК).

Носителем генетической информации является ДНК, расположенная в клеточном ядре.

 

В ходе транскрипции участок двуцепочечной ДНК «разматывается». На одной из цепочек синтезируется молекула иРНК.

 

 

Информационная (матричная) РНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности.

 

 

Образуется молекула иРНК, которая является копией второй цепочки ДНК, только в ней тимин заменён на урацил. Закодированная в ДНК информация о первичной структуре белка  переписывается на иРНК.


Как и в любой другой биохимической реакции, в этом процессе участвует фермент —

РНК-полимераза.


Молекула ДНК содержит большое количество генов. В начале каждого гена располагается промотором — особая последовательность нуклеотидов ДНК, которую определяет РНК-полимераза, и с этого места начинает сборку молекулы иРНК.

 

Синтез иРНК продолжается до очередного «знака препинания» — терминатора. Эта последовательность нуклеотидов указывает на завершение синтеза иРНК.


В клетках прокариот иРНК образуется в цитоплазме, поэтому образовавшиеся молекулы могут сразу участвовать в синтезе белков.


У эукариот иРНК синтезируется в ядре, поэтому сначала она взаимодействует со специальными ядерными белками и переносится через ядерную мембрану в цитоплазму.

Трансляция 

Трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.

В цитоплазме клетки обязательно должен иметься полный набор аминокислот, необходимых для синтеза белков. Эти аминокислоты образуются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пищей, а некоторые могут синтезироваться в самом организме.

 

Обрати внимание!

Аминокислоты доставляются к рибосомам транспортными РНК (тРНК). Любая аминокислота может попасть в рибосому, только прикрепившись к специальной тРНК.

На тот конец иРНК, с которого нужно начать синтез белка, нанизывается рибосома. Она движется вдоль иРНК прерывисто, «скачками», задерживаясь на каждом триплете приблизительно \(0,2\) секунды.

 

За это время молекула тРНК, антикодон которой комплементарен кодону, находящемуся в рибосоме, успевает распознать его. Аминокислота, которая была связана с этой тРНК, отделяется от «черешка» тРНК и присоединяется с образованием пептидной связи к растущей цепочке белка. В тот же самый момент к рибосоме подходит следующая тРНК (антикодон которой комплементарен следующему триплету в иРНК), и следующая аминокислота  включается в растущую цепочку.


Аминокислоты, доставленные на рибосомы, ориентированы по отношению друг к другу так, что карбоксильная группа одной молекулы оказывается рядом с аминогруппой другой молекулы. В результате между ними образуется пептидная связь.


 

Рибосома постепенно сдвигается по иРНК, задерживаясь на следующих триплетах. Так постепенно формируется молекула полипептида (белка).

 

Синтез белка продолжается до тех пор, пока на рибосоме не окажется один из трёх стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА). После этого белковая цепочка отсоединяется от рибосомы, выходит в цитоплазму и формирует присущую этому белку вторичную, третичную и четвертичную структуры.

 

Так как клетке необходимо много молекул каждого белка, то как только рибосома, первой начавшая синтез белка на иРНК, продвинется вперёд, за ней на ту же иРНК нанизывается вторая рибосома. Затем на иРНК последовательно нанизываются следующие рибосомы.

 

Все рибосомы, синтезирующие один и тот же белок, закодированный в данной иРНК, образуют полисому. Именно на полисомах и происходит одновременный синтез нескольких одинаковых молекул белка.

 

Когда синтез данного белка окончен, рибосома может найти другую иРНК и начать синтезировать другой белок.

 

Общая схема синтеза белка представлена на рисунке.

 

Пример:

последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК: ЦГА  ТТА  ЦАА.
На информационной РНК (иРНК) по принципу комплементарности будет синтезирована цепь ГЦУ  ААУ  ГУУ, в результате чего выстроится цепочка аминокислот: аланин — аспарагин — валин.

При замене нуклеотидов в одном из триплетов или их перестановке этот триплет будет кодировать другую аминокислоту, а следовательно, изменится и белок, кодируемый данным геном.

Изменения в составе нуклеотидов или их последовательности называются мутациями

Источники:

http://distant-lessons.ru/molekula-rnk.html

http://900igr.net

http://tonpix. ru/biosintez_belka_translyaciya_47725/

Этапы биосинтеза белка

Под этапами биосинтеза белка могут понимать как 1) совокупность процессов транскрипции, трансляции и посттрансляционные модификации

, так и 2) только этапы трансляции, так как именно в процессе трансляции происходит непосредственный синтез молекулы полипептида (будущего белка или его составной части).

В первом случае рассматриваются три этапа:

  1. Транскрипция — синтез молекулы мРНК на участке ДНК
  2. Трансляция — синтез белка (полипептидной цепочки) на рибосомах.
  3. Приобретение белком своей функциональной третичной структуры (или четверичной).

Во втором случае, говоря об этапах биосинтеза белка, подробно рассматривают, как протекает трансляция, выделяя в ней ряд своих этапов. Остановимся на этом случае.

Трансляция — это процесс биосинтеза белка из аминокислот, который протекает на рибосомах при участии мРНК, тРНК, ферментов (факторов) и включает этапы активации аминокислот, инициацию трансляции, ее элонгацию и терминацию.

Активация аминокислот непосредственно не связана с биосинтезом белка. Аминокислоты плавают в цитоплазме, с помощью специальных ферментов специфичных для каждой кислоты переходят в активную форму и связываются со своими молекулами тРНК. В итоге образуются комплексы аминоацил-тРНК (аа-тРНК) – тРНК, несущие свои аминокислоты.

На этапе инициации трансляции происходит присоединение матричной РНК (мРНК) к малой субъединице рибосомы. Факторы инициации распознают начальный (5') конец мРНК по кэпу и специальным нуклеотидным последовательностям. При этом стартовый кодон (АУГ) оказывается в недостроенном P-участке рибосомы. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и активные участки достраиваются.

К кодону АУГ комплементарна тРНК с антикодоном УАЦ, которая переносит аминокислоту метионин. Именно эта тРНК и данная аминокислота (у эукариот) всегда начинают синтез полипептида.

На этапе элонгации происходит последовательное присоединение одной аминокислоты за другой, т. е. происходит биосинтез белка. После этапа инициации в P-участке рибосомы находится тРНК, связанная с метионином. В A-участок рибосомы заходит следующая тРНК. Ее антикодон комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК (он следующий за стартовым), и несет эта тРНК соответствующую этому кодону аминокислоту.

Итак, в P-участке находится один комплекс аа-тРНК, в A-участке – другой. Рибосома располагает тРНК, их аминокислоты и факторы элонгации так, что между аминокислотами протекает химическая реакция, в результате которой образуется пептидная связь. Две аминокислоты оказываются связанными друг с другом.

Рибосома смещается по мРНК на один триплет вперед. При этом та тРНК, что была в P-участке покидает рибосому. Та тРНК, что была в A-участке, оказывается в P-участке. С этой тРНК остается соединенным синтезированный дипептид (состоит из двух аминокислот, первая из которых метионин). A-участок освобождается.

На следующем цикле элонгации в A-участок рибосомы заходит следующий комплекс аа-тРНК. (Антикодон этой тРНК комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК. В зависимости от своего антикодона тРНК связывается только с определенной аминокислотой.)

Далее происходит реакция между дипептидом и третьей аминокислотой, образуется трипептид. Рибосома смещается, трипептид связанный с тРНК оказывается в P-участке. Рибосома готова для принятия четвертого комплекса аа-тРНК.

Этап элонгации биосинтеза белка (т. е. последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепочки) продолжается до тех пор, пока на мРНК не встретится один из трех стоп-кодонов. Это УАА, УАГ, УГА. Для них не существует своих тРНК, но зато есть специальные факторы терминации, при присоединении которых к рибосоме происходит высвобождение синтезированного полипептида, субъединицы рибосомы расходятся, мРНК также высвобождается. Все это происходит на этапе терминации.

Первый метионин, соответствующий стартовому кодону, вырезается из белка. Внутри полипептида могут находится метионины, их также кодировал кодон АУГ, но поскольку перед этими кодонами не было кэпа и определенных последовательностей нуклеотидов, они не воспринимались системой биосинтеза белка как стартовые.

Часто по одной мРНК «ползут» несколько рибосом (друг за другом), каждая из которых синтезирует свою полипептидную цепь (но идентичные по последовательности аминокислот в готовом продукте). Такую совокупность рибосом называют

полирибосомой, или полисомой.

Итак, если под биосинтезом белка понимать только процесс трансляции, то он будет включать три основных этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.

Биосинтез белка. Транскрипция и трансляция

Биосинтез белка и генетический код

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 1

    Аминокислота 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 2

    Аминокислота тирозин кодируется двумя триплетами.

  • Код не имеет запятых (разделительных знаков), считывание информации происходит тройками нуклеотидов.

    Замечание 1

    Существуют три несодержательные кодоны (УАГ, УАА, УГА), которые не кодируют аминокислоты и, возможно, действуют ка «стоп-сигналы», разделяя гены в молекуле ДНК.

    Определение 3

    Ген – 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.

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.

Синтез белков в клетке

Биосинтез белков идет в каждой живой клетке. Наиболее активен он в молодых растущих клетках, где синтезируются белки на построение их органоидов, а также в секреторных клетках, где синтезируются белки-ферменты и белки-гормоны.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Молекула ДНК содержит несколько сотен генов. В молекуле ДНК записан код о последовательности аминокислот в белке в виде определенно сочетающихся нуклеотидов. Код ДНК удалось расшифровать почти полностью. Сущность его состоит в следующем. Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов.

Например, участок Т—Т—Т соответствует аминокислоте лизину, отрезок А—Ц—А — цистину, Ц—А—А — валину н т. д. Разных аминокислот — 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Следовательно, триплетов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот.

Синтез белка — сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

Поскольку ДНК находится в ядре клетки, а синтез белка происходит в цитоплазме, существует посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы. Таким посредником является и-РНК.      :

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в разных частях клетки:

  1. Первый этап — синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптик» — переписывание).
  2. На втором этапе происходит соединение аминокислот с молекулами т-РНК, которые последовательно состоят из трех нуклеотидов — антикодонов, с помощью которых определяется свой триплет-кодон.
  3. Третий этап — это процесс непосредственного синтеза полипептидных связей, называемый трансляцией. Он происходит в рибосомах.
  4. На четвертом этапе происходит образование вторич ной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.

Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.

Хромосомы (от греч. «хрома» — цвет, «сома» — тело) — очень важные структуры ядра клетки. Играют главную роль в процессе клеточного деления, обеспечивая передачу наследственной информации от одного поколения к другому. Они представляют собой тонкие нити ДНК, связанные с белками. Нити называются хроматидами, состоящими из ДНК, основных белков (гистонов) и кислых белков.

В неделящейся клетке хромосомы заполняют весь объем ядра и не видны под микроскопом. Перед началом деления происходит спирализация ДНК и каждая хромосома становится различимой под микроскопом. Во время спирализации хромосомы сокращаются в десятки тысяч раз. В таком состоянии хромосомы выглядят как две лежащие рядом одинаковые нити (хроматиды), соединенные общим участком — центромерой.

Для каждого организма характерно постоянное количество и структура хромосом. В соматических клетках хромосомы всегда парные, то есть в ядре есть две одинаковые хромосомы, составляющие одну пару. Такие хромосомы называют гомологичными, а парные наборы хромосом в соматических клетках называют диплоидными.

Так, диплоидный набор хромосом у человека состоит из 46 хромосом, образуя 23 пары. Каждая пара состоит из двух одинаковых (гомологичных) хромосом.

Особенности строения хромосом позволяют выделить их 7 групп, которые обозначаются латинскими буквами А, В, С, D, Е, F, G. Все пары хромосом имеют порядковые номера.

У мужчин и женщин есть 22 пары одинаковых хромосом. Их называют аутосомы. Мужчина и женщина отличаются одной парой хромосом, которые называют половыми. Они обозначаются буквами — большая X (группа С) и маленькая Y (группа С,). В женском организме 22 пары аутосом и одна пара (XX) половых хромосом. У мужчин — 22 пары аутосом н одна пара (XY) половых хромосом.

В отличие от соматических клеток, половые клетки содержат половинный набор хромосом, то есть содержат по одной хромосоме каждой пары! Такой набор называют гаплоидным. Гаплоидный набор хромосом возникает в процессе созревания клеток.


Урок на тему: Биосинтез белка | План-конспект урока по биологии (10 класс) на тему:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 45

МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СЕВЕРСКИЙ РАЙОН

                                           10 класс

                                  Открытый урок на тему:

 

Конспект урока с применением ИКТ

Автор: Агапова Елена Викторовна

Образовательное учреждение: МБОУ СОШ  № 45

Предмет: биология

Тема: Биосинтез белка.

Класс: 10

Технология: применение мультимедиа

Аннотация: данный урок разработан в рамках курса «Общая биология»  и является частью темы «Основы цитологии».

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, раздаточный тестовый материал для закрепления, проверки и взаимопроверки знаний.

Цели урока:

  • раскрыть сущность пластического обмена и одного из важнейших процессов жизнедеятельности клеток – биосинтеза белка;
  • сформировать знания о генетической информации, генетическом коде, его свойствах, особенностях транскрипции и трансляции;
  • раскрыть механизмы матричного синтеза полипептидной цепи на рибосоме;
  • формировать у учащихся умения по выполнению тестов части А и В в форме ЕГЭ;
  • научить пользоваться новыми терминами;
  • коррегировать и развивать мышление учащихся.

Задачи урока:

  • актуализация самостоятельной деятельности учащихся;
  • прохождение новой сложной темы;
  • выработка коммуникативно-конструктивных форм обучения;
  • мотивация учащихся на освоение темы с помощью индивидуального обучения с само- и взаимопроверкой.

Методическое обеспечение:

  • таблицы по общей биологии «Строение клетки», «Биосинтез белка»;
  • раздаточный тестовый материал для закрепления, проверки и взаимопроверки знаний;
  • презентация Microsoft PowerPoint «Биосинтез белка» – презентационное сопровождение урока 22 слайда  (среда POWER POINT).

Задание к уроку: повторить материал о нуклеиновых кислотах и белках.

Ход урока

I. Организационный момент (постановка цели урока и ознакомление с содержанием)

(Приложение. Слайд 2.)

II. Активизация опорных знаний

Учитель совместно с учащимися определяет объект изучения.

(Приложение. Слайды 3-4.)

  • Какова роль ядра в клетке?
  • С какими органоидами связана передача наследственных признаков?
  • Какие вещества называются нуклеиновыми кислотами?
  • Виды РНК и их роль в биосинтезе белка?
  • Что такое белки? Какие функции выполняют белки?

(Актуализация знаний – учащиеся отвечают на вопросы, учитель корректирует ответы)

     Выполните задания блока 1: (Приложение. Слайд 5.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде. (Учащиеся самостоятельно выполняют тестовые задания по данному фрагменту урока, затем проверяют работу соседа по парте, при желании могут оценить работу по пятибалльной системе, количество заданий в тесте позволяет это легко сделать)

     В каждой клетке синтезируются несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются. Следовательно, существует процесс восстановления белков, биосинтез.

III. Тема урока: “Биосинтез белка”

     Итак, тема нашего сегодняшнего урока это «Биосинтез белка». Сегодня мы с вами узнаем, из каких основных этапов состоит процесс биосинтеза белка, какую роль в нем играют нуклеиновые кислоты, а также какие органоиды и вещества клетки принимают в этом процессе самое непосредственное участие. На уроке мы будем использовать  технологические карты, в которых будем отражать все этапы нашего урока. Каждый этап представляет собой учебный элемент, включающий определенные задания, по итогам выполнения которого вы будете получать баллы. Будем использовать элементы самопроверки и взаимной проверки. В конце урока все баллы будут суммироваться и вы получите ту или иную оценку.

     Разнообразие белков обусловлено различной последовательностью аминокислот в первичной структуре белковой молекулы. А зашифрована информация об этой первичной структуре в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Молекула ДНК способна к самоудвоению. Репликация это - реакция матричного синтеза, при которой на одной цепи ДНК  по принципу комплементарности строится вторая цепь (т. е. удвоение ДНК). (Приложение. Слайд 6.)

     Единственные молекулы, которые синтезируются под контролем генетического материала клетки, - это белки (если не считать РНК). Белки могут выполнять разные функции; это определяется аминокислотной последовательностью, которая зависит от информации о составе белка, закодированной в  последовательности нуклеотидов ДНК (генетический код). Генетическая информация с ДНК на белок передаётся через иРНК. (Приложение. Слайд 7.)

ДНК   →    иРНК    →    белок

                                                 транскрипция                            трансляция

     Ген – участок ДНК, кодирующий информацию об одном белке.

     Выполните задания блока 2: (Приложение. Слайд 8.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

       Формулируем вместе с учащимися основной вопрос, на который должны ответить в конце урока. Как создаются белки в клетках и каковы обязательные условия процесса биосинтеза? (Приложение. Слайд 9.)

     Информация о белках кодируется в ДНК. К настоящему времени составлена карта генетического кода. Генетический код имеет замечательные свойства, созданные в течение эволюции у всех живых организмов – вырожденность, специфичность, универсальность. (Приложение. Слайд 10.) Свойства генетического кода учащиеся самостоятельно изучают по учебнику, составляют в тетради схему, потом сверяются со схемой на слайде.

     Выполните задания блока 3: (Приложение. Слайд 11.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

     Информация о первичной структуре белков хранится в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. ДНК находится в ядре, а создание новых молекул белка требует присутствия рибосомы, которая находится в цитоплазме. Получается, что процесс создания молекулы белка разделен пространством клетки.    

     Транскрипция - первый этап биосинтеза белка. Этот этап проходит в ядре клетки. По одной из нитей ДНК происходит строительство иРНК (или матричной, мРНК) по принципу комплементарности. Копируется только часть ДНК, содержащая информацию о нужном белке. Для транскрипции необходим особый фермент – РНК-полимераза. Двигаясь по цепи ДНК вдоль необходимого гена, РНК-полимераза подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в цепочку в виде молекулы иРНК. В конце гена или группы генов фермент встречает сигнал (также в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания. Готовая иРНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка. (Приложение. Слайд 12.)

     Выполните задания блока 4: (Приложение. Слайд 13.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

     В цитоплазме происходит завершающий процесс синтеза белка – трансляция. Это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка. Важную роль здесь играют тРНК. Каждая тРНК присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки полипептида в рибосоме. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на одном конце и акцепторный конец на другом. Антикодон считывает информацию с иРНК, акцепторный конец является посадочной площадкой для аминокислоты. Синтез полипептидной цепи белковой молекулы начинается с активации аминокислот, которую осуществляют специальные ферменты. Каждой аминокислоте соответствует как минимум один фермент. Фермент обеспечивает присоединение аминокислоты к акцепторному участку тРНК с затратой энергии АТФ.

     Функционирование рибосомной системы начинается со взаимодействия иРНК с субъединицей рибосомы, к которой присоединяется инициаторная тРНК, всегда метиониновая (АУГ). Рибосомы имеют функциональный центр, в котором помещаются два триплета (ФЦР). Весь рибосомный комплекс начинает перемещаться вдоль иРНК. К ФЦР поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарен кодону иРНК, находящемуся в данном участке ФЦР. Между метионином и аминокислотой образуется пептидная связь, после чего метиониновая тРНК отсоединяется, а растущую цепь белка присоединяет вторая тРНК. После образования пептидной связи иРНК перемешается на один триплет ФЦР. Одновременно с этим рибосома целиком передвигается в направлении следующего кодона иРНК, а метиониновая тРНК выталкивается в цитоплазму. В освободившийся участок приходит новая тРНК, связанная аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном иРНК. Снова происходит образование пептидной связи, и белковая молекула удлиняется еще на одно звено.  Трансляция идет до тех пор, пока в ФЦР не попадет стопкодон, являющийся «знаком препинания» между генами. На этом рост полипептидной цепи завершается.

     Для увеличения эффективности функционирования иРНК часто соединяется не с одной, а с несколькими рибосомами. Такой комплекс называется полисомой, на котором протекает одновременный синтез нескольких полипептидных цепей.

     Таким образом, процесс синтеза белка представляет собой серию ферментативных реакций, идущих с затратой энергии АТФ. (Приложение. Слайд 14.)

     Выполните задания блока 5: (Приложение. Слайд 15.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

     Подведём промежуточные итоги. Какие вещества и структуры участвуют в биосинтезе белка? ДНК, иРНК, тРНК, ферменты, аминокислоты, АТФ, рибосомы. (Приложение. Слайд 16.)

     Выполните задания блока 6: (Приложение. Слайд 17.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

     Клеточная ДНК несет в себе генетическую программу, необходимую для синтеза сотен различных белков, однако в каждый данный момент клетка синтезирует только те белки, которые нужны ей в это время. Синтез определенных белков контролируется ферментами. Генетические инструкции, определяющие аминокислотные последовательности белков, заключены в структурных генах.  Активность этих генов регулируется геном-регулятором. Этот ген препятствует переходу структурных генов в активное состояние. Ген-регулятор содержит информацию для синтеза белка-репрессора, который будет блокировать структурные гены, связываясь с прилегающим к ним участком — геном-опрератором. Промотор – это место присоединения фермента РНК-полимеразы. От него зависит, какая из цепей ДНК станет матрицей. В определенном участке ДНК под действием ферментов белки-гистоны отделяются, водородные связи рвутся, и двойная спираль ДНК раскручивается. Одна из цепочек становится матрицей для построения иРНК. Затем на основе матрицы под действием фермента РНК-полимеразы из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности начинается сборка иРНК. После  сборки новообразованная иРНК через поры в ядре уходит в цитоплазму, где прикрепляется к рибосомам. А две цепочки ДНК вновь соединяются, восстанавливая двойную спираль, и опять связываются с белками-гистонами. иРНК присоединяется к  поверхности малой субъединицы в присутствии ионов магния. Причем два ее триплета нуклеотидов оказываются обращенными к большой субъединице рибосомы. Если в клетку попадает вещество Х, разрушаемое ферментом Ф, который закодирован в структурном гене оперона, но не синтезируется, так как заблокирован репрессором, инициируется процесс синтеза фермента Ф. В этом случае одна из молекул вещества Х связывается с молекулой репрессора. Оператор освобождается, и РНК-полимераза начинает синтез иРНК, на которой рибосомы синтезируют фермент Ф. Этот фермент начинает работать, разрушая молекулы вещества Х. Когда все молекулы вещества Х будут разрушены, освобождённый репрессор снова связывается с оператором, синтез иРНК прекращается. Синтезированные иРНК имеют свой срок жизни, по окончании которого разрушаются специальными ферментами, и синтез фермента Ф прекращается. (Приложение. Слайд 18.) Учащиеся по учебнику самостоятельно знакомятся с информацией о механизме регуляции синтеза белка у эукариот («Общая биология» А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник с. 104-105).

     Выполните задания блока 6: (Приложение. Слайд 19.) Сделайте взаимопроверку работ с соседом по парте, сверяясь с ответами на слайде.

III. Заключительная часть.

(Приложение. Слайд 20.) Итак, подведём итоги сегодняшнего урока. Что мы планировали изучить? (переход с помощью управляющей стрелки на слайд 2). Формулируем выводы по всем пунктам плана, затем переходим с помощью управляющей стрелки на слайд 20, сверяем результат.

1. Важнейшим процессом, происходящим во всех клетках (за исключением клеток, потерявших ДНК в процессе своего развития), является синтез белка.

2. Информация о последовательности аминокислот, составляющих первичную структуру белка, заключена в последовательности триплетных сочетаний нуклеотидов ДНК.

3. Ген – участок ДНК, в котором заключена информация о структуре одного белка.

4. Транскрипция – процесс синтеза иРНК, кодирующей последовательность аминокислот белка.

5. иРНК выходит из ядра (у эукариот) в цитоплазму, где в рибосомах происходит формирование аминокислотной цепочки белка. Этот процесс называется трансляцией.

6. В каждой клетке – множество генов, однако клетка использует лишь строго определённую часть генетической информации, что обеспечивается наличием в генах особых механизмов, включающих или выключающих синтез того или иного белка в клетке.

     Выполните контрольный тест: (Приложение. Слайд 21.) и сдайте его на проверку учителю.

Итог урока: подведение результатов работы на уроке; выставление оценок.

VI. Домашнее задание

Текст учебника «Биосинтез белка»: В.Б. Захаров, С.Г. Мамонтов, Н.И. Сонин

Использованные ресурсы: 

  • Лернер Г. И. Биология. Тематические тренировочные задания. – М.: Эксмо, 2009. – 168с.
  • school-collection.edu.ru/catalog/rubr/f6b59884-caeb-fed7-c06b-6a04fb9c219e/9. .
  • schools.perm.ru/modules/wfdownloads/singlefile.php?cid=8&lid=62
  • http://festival.1september.ru/articles/512777/ 
  • edu.kubannet.ru/catalog/rubr/bd633c61-be46-4f03-bdbe-66759c4c7d84/85244/

Пояснения к презентации:

     Первый слайд – титульный.

     Открывая второй слайд, ставим цель урока и знакомим с содержанием. Уместно здесь определить задачи урока.

     Третий и четвёртый слайды направлены на актуализацию знаний, необходимых для восприятия новой темы – повторяем материал о нуклеиновых кислотах, их видах и функциях. Обращаем внимание на рисунки, демонстрирующие разное пространственное строение молекул РНК и связь такого строения с выполняемыми функциями. Вспоминаем значение белков в клетке и выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 5). У учащихся имеются бумажные варианты тестов и технологические карты, куда они записывают результат. После выполнения теста – взаимопроверка - меняются технологическими картами с соседом по парте и делают проверку работ, сверяясь с ответами на слайде, которые появляются после взаимопроверки.

     Шестой слайд – генетическая информация, заключённая в ДНК. Развиваем представление о строении ДНК, самоудвоении ДНК, реакциях матричного синтеза, принципе комплементарности. Рисунок иллюстрирует образование двойной спирали ДНК. Учим пользоваться терминами (репликация).

     Седьмой слайд – акцентируем внимание на том, что единственные молекулы, которые синтезируются под контролем генетического материала клетки,- это белки (если не считать РНК). Белки могут выполнять разные функции; это определяется аминокислотной последовательностью, которая зависит от информации о составе белка, закодированной в  последовательности нуклеотидов ДНК (генетический код). По схеме на рисунке начинаем формировать представление о пути передачи информации с ДНК на белок. Работаем с терминами. Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 8).

     Девятый слайд – формулируем вместе с учащимися основной вопрос, на который должны ответить в конце урока. Как создаются белки в клетках и каковы обязательные условия процесса биосинтеза?

     Десятый слайд – работа с картой генетического кода и изучение свойств генетического кода. Свойства генетического кода учащиеся самостоятельно изучают по учебнику («Общая биология» А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник с. 96-97), составляют в тетради схему, потом сверяются со схемой на слайде. Обратить внимание на мировоззренческое значение универсальности генетического кода. Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 11).

     Двенадцатый слайд – изучаем первый этап процесса биосинтеза белка – транскрипцию. Комментируем рисунок учебника «Схема процесса транскрипции» («Общая биология» А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник с. 98). Обращаем внимание на матричный синтез иРНК. Делаем промежуточные выводы (1. ДНК – носитель генетической информации, расположена в ядре. 2.Синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. 3.Из ядра в цитоплазму информация о структуре белка поступает в виде иРНК. 4. Для синтеза иРНК участок двухцепочечной ДНК раскручивается под действием ферментов, на одной из цепочек (матрице) по принципу комплементарности синтезируется молекула иРНК). Работаем с терминологией. Чётко определяем, с какого момента определяется и чем заканчивается этап биосинтеза белка, называемый транскрипцией. Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 13).

     Четырнадцатый слайд – трансляция – завершающий этап биосинтеза белка. Повторяем строение тРНК и его активных центров, механизм присоединения аминокислоты к тРНК, идущий с затратой энергии АТФ. Изучаем общую схему синтеза полипептидной цепи на рибосоме, а затем поэтапно. Знакомимся  со структурным образованием – полисомой, и её ролью в биосинтезе белка. Работаем с терминами. По рисунку 43 учебника («Общая биология» А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник с. 99) определяем взаимосвязь между процессами транскрипции и трансляции. Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 15).

     Шестнадцатый слайд – обобщаем материал о веществах и структурах, участвующих в биосинтезе белка и роли каждого участника процесса. Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 17).

     Восемнадцатый слайд – регуляция транскрипции и трансляции. Знакомим со сложным механизмом регуляции биосинтеза белка, генетической единицей которого является участок ДНК – оперон; со структурой оперона, включающего несколько структурных генов, промотора, оператора; о роли белка-репрессора в синтезе белка. Учащиеся по учебнику самостоятельно знакомятся с информацией о механизме регуляции синтеза белка у эукариот («Общая биология» А. А. Каменский, Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник с. 104-105). Выполняем небольшой тест по этому блоку информации (слайд 19).

     Двадцатый слайд – подведение итогов урока. С помощью слайда обобщаем изученный материал, зачитываем и комментируем выводы, подготовленные учителем, возвращаемся с помощью управляющей стрелки на слайд 9 (основной вопрос) и учащиеся самостоятельно отвечают на него. С помощью управляющей стрелки переходим на 21 слайд и выполняем контрольный тест (слайд 21). Подводим итоги урока, выставляем оценки.

 

 Тестовые задания к презентации «Биосинтез белка»

БЛОК 1:

1. Что является мономерами белков:

 А) нуклеотиды;                                 Б) моносахариды;

 В) аминокислоты;                            Г) карбоновые кислоты.

2. Какие особые связи образуются между аминокислотами в первичной структуре белка:

А) пептидные;                                   Б) водородные;

В) дисульфидные;                           Г) сложноэфирные.

3. Где хранится информация о структуре белка:

А) в АТФ;   Б) в ДНК;    В) в РНК;    Г) в цитоплазме.

4. Какие органические вещества могут ускорять процесс синтеза белка:

А) гормоны;   Б) антитела;   В) гены;   Г) ферменты.

5. Какую основную функцию выполняют белки в клетке:

А) энергетическую;                          Б) защитную;

В) двигательную;                             Г) строительную.

БЛОК 2:

1.   Материальным носителем наследственной информации в эукариотической клетке является:

1)иРНК                                                                   3) ДНК

2) тРНК                                                                   4) хромосома

2. В гене закодирована информация о:

1) строении белков, жиров и углеводов

2) первичной структуре белка

3) последовательности нуклеотидов в ДНК

4) последовательности аминокислот в 2-х и более молекулах белков

3. Репликация ДНК сопровождается разрывом химических связей:

1) пептидных, между аминокислотами

2) ковалентных, между углеводом и фосфатом

3) водородных, между азотистыми основаниями

4) ионных, внутри структуры молекулы

4.   Сколько новых одинарных нитей синтезируется при удвоении одной молекулы ДНК:

1) четыре     2) одна         3) две               4) три

5. При репликации молекулы ДНК образуется:

1) нить, распавшаяся на отдельные фрагменты дочерних молекул

2) молекула, состоящая из двух новых цепей ДНК

3) молекула, половина которой состоит из нити иРНК

4) дочерняя молекула, состоящая из одной старой и одной новой цепи ДНК

БЛОК 3:

1. Если нуклеотидный состав ДНК — АТТ-ГЦГ-ТАТ, то нуклеотидный состав иРНК:

1)  ТАА-ЦГЦ-УТА        3) УАА-ЦГЦ-АУА

2) ТАА-ГЦГ-УТУ        4) УАА-ЦГЦ-АТА

2. Если аминокислота кодируется кодоном УГГ, то в ДНК ему соответствует триплет:

1)ТЦЦ        2)АГГ        3)УЦЦ        4)АЦЦ

3. Один триплет ДНК несет информацию о:

1) последовательности аминокислот в молекуле белка

2) месте определенной аминокислоты в белковой цепи

3) признаке конкретного организма

4) аминокислоте, включаемой в белковую цепь

4. Код ДНК вырожден потому, что:

1) один код он кодирует одну аминокислоту

2) один кодон кодирует несколько аминокислот

3) между кодонами есть знаки препинания

4) одна аминокислота кодируется несколькими кодонами

5. Эволюционное значение генетического кода заключается в том, что он:

1) триплетен      2) индивидуален      3) универсален          4) вырожден

БЛОК 4:

1. Синтез иРНК начинается с:

1) разъединения ДНК на две нити

2) взаимодействия фермента РНК — полимеразы и гена

3) удвоения гена

4) распада гена на нуклеотиды

2. Транскрипция — это процесс:

1) репликации ДНК         2) синтеза иРНК       3) синтеза белка    

4) присоединения тРНК к аминокислоте

3. Матрицей для синтеза молекулы иРНК при транскрипции служит:

1) вся молекула ДНК

2) полностью одна из цепей молекулы ДНК

3) участок одной из цепей ДНК

4) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся   молекула ДНК.

4. Транскрипция происходит:

1) в ядре     2) на рибосомах             3) в цитоплазме    4) на каналах гладкой ЭПС

5. Определи последовательность нуклеотидов иРНК, если известна

последовательность нуклеотидов ДНК

                  ДНК                   РНК

                А – Т                      ?    

                Т – А                      ?

                 Г -  Ц                     ?

                 Ц – Г                      ?

                 Ц – Г                      ?

                 Г – Ц                      ?

БЛОК 5:

1. Количество тРНК, участвующих в трансляции, равно количеству:

1) кодонов иРНК, шифрующих аминокислоты

2) молекул иРНК

3) генов, входящих в молекулу ДНК

4) белков, синтезируемых на рибосомах

2. Синтез белка завершается в момент:

1) присоединения аминокислоты к тРНК

2) истощения запасов ферментов

3) узнавания кодона антикодоном

4) появления на рибосоме «знака препинания» — стоп-кодона

3. Синтез белка не идет на рибосомах у:

1) возбудителя туберкулеза          2) пчелы      3) мухомора        4) бактериофага

4. При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка  служат:

1) обе цепочки ДНК

2) одна из цепей молекулы ДНК

3) молекула иРНК

4) в одних случаях одна из цепей ДНК, в других– молекула иРНК

5. При  биосинтезе белка в клетке энергия АТФ:

1) расходуется                                               2) запасается

3) не расходуется и не выделяется        4) на одних этапах синтеза расходуется, на других– выделяется

БЛОК 6:

1. Соотнесите вещества и структуры, участвующие в синтезе белка с их функциями.

ВЕЩЕСТВА И СТРУКТУРЫ

ФУНКЦИИ

1) Участок ДНК

2) иРНК

3) РНК — полимераза

4) Рибосома

5) Полисома

6)АТФ

7) Аминокислота

А) Переносит информацию на рибосомы

Б) Место синтеза белка

В) Фермент, обеспечивающий синтез иРНК

Г) Источник энергии для реакций

Д) Мономер белка

Е) Ген, кодирующий информацию о белке

Ж) Место сборки одинаковых белков

БЛОК 7:

1. В соматических клетках многоклеточного организма:

1) различный набор генов и белков

2) одинаковый набор генов и белков

3) одинаковый набор генов, но разный набор белков        

4) одинаковый набор белков, но разный набор генов

2. Работой структурных генов         управляет:

1) ген-оператор     2) ген-регулятор     3) белок-репрессор      4) ген-промотор

3. Участок молекулы ДНК, с которым соединяется особый белок- репрессор, регулирующий транскрипцию отдельных генов,--…

4. Участок ДНК, расположенный между геном-регулятором и оператором, с которым соединяется фермент РНК-полимераза, обеспечивающий транскрипцию генов,--…

5. Вещества, играющие важнейшую роль в координации работы тысяч генов в многоклеточном организме:

1) ферменты    2) гормоны       3) ДНК        4) РНК

КОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ:

1. Выберите три правильно названных свойства генетического кода.

A) Код характерен только для эукариотических клеток и бактерий

Б) Код универсален для эукариотических клеток, бактерий и вирусов

B) Один триплет кодирует последовательность аминокислот в молекуле белка

Г) Код вырожден, так аминокислоты могут кодироваться несколькими кодонами

Д) Код избыточен. Может кодировать более 20 аминокислот

Е) Код характерен только для эукариотических клеток

2. Постройте последовательность реакций биосинтеза белка.

A) Снятие информации с ДНК

Б) Узнавание антикодоном тРНК своего кодона на иРНК

B) Отщепление аминокислоты от тРНК

Г) Поступление иРНК на рибосомы

Д) Присоединение аминокислоты к белковой цепи с помощью фермента

3. Постройте последовательность реакций трансляции.

A) Присоединение аминокислоты к тРНК

Б) Начало синтеза полипептидной цепи на рибосоме

B) Присоединение иРНК к рибосоме

Г) Окончание синтеза белка                            

Д) Удлинение полипептидной цепи

4. Найдите ошибки в приведенном тексте.

        1. Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. 2. Она передается от иРНК к ДНК. 3. Генетический код записан на «языке «РНК». 4. Код состоит из четырех нуклеотидов. 5. Почти каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном. 6. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. 7. У каждого живого организма свой генетический код.

 

Ответы:

 Блок1- 1В  2А  3Б  4Г  5Г

Блок2-   1-3        2-2     3-3      4-3       5-4  

Блок3-   1-3    2-4     3-4    4-4    5-3

Блок4 1-2     2-2      3-3      4-1      5-А

                                                      У

                                                      Г

                                                      Ц

                                                      Ц

                                                      Г

Блок5           1-1     2-4     3-4     4-3     5-1

Блок6            1-Е   2-А   3-В   4-Б   5-Ж   6-Г   7-Д

Блок7     1-3      2-1   3-оператор    4-промотор   5-2

Контрольный тест:      1-БГД   2-АГБВД   3-ВАБДГ   4- 2,4,7

 

 

Трансляция

Под трансляцией в биологии понимают синтез из аминокислот полипептидов, который протекает в цитоплазме на рибосомах при участии 1) мРНК в качестве матрицы, 2) тРНК в качестве переносчика аминокислот, а также 3) ряда белковых факторов, выполняющих каталитическую функцию на разных этапах процесса. Трансляция протекает в клетках всех живых организмов, это фундаментальный процесс живой природы.

С информационной точки зрения трансляцию можно определить как механизм перевода последовательности триплетов мРНК в последовательность аминокислот белка.

Функция рибосом состоит в удерживании в нужном положении мРНК, тРНК и белковых факторов до тех пор, пока не произойдет определенная химическая реакция. Чаще всего это образование пептидной связи между соседними аминокислотами.

Трансляция и биосинтез белка обычно означают одно и то же. Однако, когда говорят о биосинтезе белка, то нередко в него включают посттрансляционные модификации полипептидов (приобретение ими вторичной, третичной и четверичной структур), а также иногда могут включать процесс транскрипции. С этой точки зрения трансляция рассматривается как важный этап в биосинтезе белков.

Процесс трансляции у эукариот и прокариот имеет ряд отличий, в основном связанный с разнообразием и активностью белковых факторов.

На одной цепочке мРНК может находится несколько рибосом, образуя полисому. При этом сразу происходит синтез нескольких идентичных полипептидов (но каждый находится на своей стадии синтеза).

Синтез одного белка обычно длится несколько секунд.

Аминокислоты, из которых синтезируется полипептид, обязательно проходят стадию активации. Сам же процесс трансляции включает три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Процесс трансляции обладает свойством специфичности. Во-первых, определенным кодонам мРНК соответствуют свои тРНК. Во вторых, аминокислоты присоединяются только к «своим» тРНК.

Активация аминокислот

Активация аминокислот необходима, так как только в таком состоянии они способны соединяться с тРНК и позже образовывать между собой пептидные связи.

В цитоплазме клеток всегда находятся свободные (не соединенные с другими веществами) аминокислоты. Специфичные ферменты в присутствии АТФ преобразуют аминокислоту в аминоациладенилат, который уже способен соединяться с тРНК.

Существует класс ферментов – аминоацил-тРНК-синтетазы, – которые активируют аминокислоты, используя при этом энергию АТФ. Каждая аминокислота активируется своим ферментом, после чего присоединяется только к своей тРНК. Образуется комплекс аминокислоты с тРНК – аминоацил-тРНК (аа-тРНК).

Инициация трансляции

Инициация трансляции включает следующие последовательно протекающие при участии факторов инициации этапы:

  1. Присоединение 5'-конца мРНК к малой субъединице рибосомы. При этом стартовый кодон (AUG) размещается в недостроенном (из-за отсутствия большой субъединицы) P-сайте рибосомы.

  2. Комплекс аа-тРНК с соответствующим антикодоном присоединяется к стартовому кодону мРНК. У эукариот кодон AUG кодирует аминокислоту метионин, у прокариот — формил-метионин. Позже эти стартовые аминокислоты вырезаются из готового полипептида.

  3. Происходит объединение субъединиц рибосом, в результате чего достраиваются их P- и A-сайты.

Схема строения рибосомы (A, P, E — участки-сайты для молекул тРНК)

Таким образом, на этапе инициации происходит распознавание рибосомой стартового кодона и подготовка к началу синтеза.

Образующаяся связь между рибосомой и мРНК обратима, мРНК после синтеза полипептида может быть отсоединена от рибосомы. В последствии мРНК используется еще раз или разрушается специальными ферментами.

Стартовый кодон AUG отличается от других таких же кодонов в середине мРНК тем, что перед ним находится кэп и определенные нуклеотидные последовательности. Именно благодаря им AUG распознается как стартовый. (Это касается в основном эукариот.)

Элонгация трансляции

На этом этапе происходит непосредственный синтез полипептидной цепочки. Процесс элонгации состоит из множества циклов. Один цикл элонгации — это присоединение одной аминокислоты к растущей полипептидной цепочке.

Уже на этапе инициации P-сайт рибосомы оказывается занятым первой тРНК, несущей аминокислоту метионин. В первом цикле элонгации в A-сайт рибосомы заходит второй комплекс aa-тРНК. Это будет та тРНК, чей антикодон комплементарен следующему (за стартовым AUG) кодону.

A(аминоацил)- и P(пептидил)-сайты располагают комплексы аа-тРНК так, что между аминокислотами протекает химическая реакция, и образуется пептидная связь.

После этого первая (находящаяся в P-сайте) тРНК освобождается от своей аминокислоты. В результате последняя оказывается связанной только со второй аминокислотой пептидной связью. Вторая аминокислота связана со второй тРНК, находящейся в A-сайте.

Рибосома перемещается по нити мРНК на один триплет. При этом первая т-РНК оказывается в E-сайте (exit) рибосомы, после чего покидает ее. Вторая т-РНК, связанная с двумя аминокислотами, переходит в P-сайт. A-сайт освобождается для поступления третьего комплекса аа-тРНК.

Следующие циклы элонгации протекают аналогично первому. Когда A-сайт освобождается, в него может зайти аа-тРНК, чей антикодон комплементарен кодону мРНК, находящемся в этот момент в A-сайте.

Терминация трансляции

Терминация — это завершения синтеза полипептидной цепочки и ее отделение. Терминация наступает, когда рибосома встречает один из терминирующих кодонов (UAA, UAG, UGA), для которых не существует своих тРНК. Эти участки мРНК распознаются специальными белками — факторами терминации.

Обмен веществ. Энергетический обмен. Фотосинтез. Синтез белка.

ТЕМА «Энергетический обмен»

1. К автотрофным организмам относят 1) мукор 2) дрожжи 3) пеницилл 4) хлореллу ТЕМА «Энергетический обмен» 2. В процессе пиноцитоза происходит поглощение 1) жидкости 2) газов 3) твердых веществ 4) комочков

Подробнее

БЛОК 2 Клетка как биологическая система.

1. К макроэлементам относятся: БЛОК 2 Клетка как биологическая система. 1) кислород, углерод, водород, азот 2) кислород, железо, золото 3) углерод, водород, бор 4) селен, азот, кислород 1) 2. Органоид,

Подробнее

10класс Биология погружение 3

10класс Биология погружение 3 Тема: Энергетический обмен. 1. Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении молекул 1) белков 2) жиров 3) углеводов 4) нуклеиновых кислот 2. В бескислородной

Подробнее

ID_2853 1/6 neznaika.pro

1 Клетка, её жизненный цикл (установление соответствия) Ответами к заданиям являются слово, словосочетание, число или последовательность слов, чисел. Запишите ответ без пробелов, запятых и других дополнительных

Подробнее

Отложенные задания (30)

Отложенные задания (30) Вставьте в текст «ДНК» пропущенные термины из предложенного перечня, используя для этого цифровые обозначения. Запишите в текст цифры выбранных ответов, а затем получившуюся последовательность

Подробнее

Задания B6 по биологии

Задания B6 по биологии 1. Установите соответствие между особенностями строения и свойств вещества и веществом, имеющим эти особенности. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА А) неполярны, нерастворимы

Подробнее

Решение задач. по молекулярной биологии.

Учитель биологии Зозуля Е.В.. Ноябрь 2014. Решение задач по молекулярной биологии. Молекулярная биология изучает механизмы хранения и передачи наследственной информации. Задачи по молекулярной биологии

Подробнее

Тема: Учение о клетке

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования "Кущевский медицинский колледж" министерства здравоохранения Краснодарского края Задания в тестовой форме по

Подробнее

Репликация ДНК Биосинтез белка

Репликация ДНК Биосинтез белка Репликация удвоение молекулы ДНК Происходит в S (синтетический)период митотического цикла Образующиеся дочерние молекулы - точные копии материнской Принципы репликации Комплементарность

Подробнее

Тест по биологии Фотосинтез 9 класс

Тест по биологии Фотосинтез 9 класс 1. В ходе фотосинтеза образуются 1) белки 2) жиры 3) углеводы 4) нуклеиновые кислоты 2. В ходе фотосинтеза поглощается 1) энергия АТФ 2) энергия солнечного света 3)

Подробнее

Тема «Учение о клетке»

Тема «Учение о клетке» Вариант 1 1.Хлоропласты имеются в клетках: а) Соединительной ткани; б) животных и растений; в) животных; г) зелёных клетках растений. 2.Группа очень простых организмов, живущих и

Подробнее

ОРГАНИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА

Занятие 6. Тема: ОРНИЗИЯ НСЛЕДСТВЕННОО МТЕРИЛ (занятие I) " " 200 г ель занятия: изучить молекулярную природу гена, его свойства; научиться решать задачи, раскрывающие строение молекул ДНК и РНК, по репликации,

Подробнее

1. Паспорт фонда оценочных средств

Содержание 1.Паспорт фонда оценочных средств 2.Входной контроль 3.Текущий контроль 3.1.Тестовые задания 4.Рубежный контроль 5. Промежуточная аттестация 1. Паспорт фонда оценочных средств В результате изучения

Подробнее

Основные генетические механизмы

Основные генетические механизмы Тренинг «Использование методики Xpert MTB/RIF», г.душанбе, 29 июля 2 августа 2013 г. Презентация подготовлена в рамках проекта USAID «Посилення контролю за туберкульозом

Подробнее

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ Шарлаева Елена Анатольевна, к.б.н., доцент каф. экологии, биохимии и биотехнологии АлтГУ, зам. председ. предм. комиссии ЕГЭ по биологии Для решения задач необходимо

Подробнее

Белки, их строение и функции

2.3.3. Белки, их строение и функции Белки это биологические гетерополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки синтезируются в живых организмах и выполняют в них определенные функции. В состав

Подробнее

Строение клеток живых организмов

Строение клеток живых организмов Классификация живых организмов (по уровню организации клетки) Живые организмы Неклеточные формы Клеточные формы Вирусы, фаги Прокариоты Эукариоты Сравнительная характеристика

Подробнее

Энергетический обмен

Энергетический обмен Клетка открытая система. Гомеостаз Клетка открытая система, обмен веществ осуществляется только в том случае, если клетка получает все необходимые для нее вещества из окружающей среды

Подробнее

ОБЩАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ОБЩАЯ И МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА ЗАДАЧИ Под редакцией профессора М.М. Азовой Министерство образования и науки Р Рекомендовано Координационным советом по области образования «Здравоохранение

Подробнее

ID_1064 1/5 neznaika.pro

1 Клетка, её жизненный цикл (множественный выбор) Ответами к заданиям являются слово, словосочетание, число или последовательность слов, чисел. Запишите ответ без пробелов, запятых и других дополнительных

Подробнее

Терминологический диктант

Терминологический диктант Органы цветковых растений. 1 Часть тела организма выполняет определенную функцию... 2 В почве растение удерживает.. 3 Многочисленные разветвленные корни образуют. 4 В корневой

Подробнее

Тема: Основы генетики и селекции.

11 класс. Биология I полугодие Основной учебник: Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Т.Е., Ижевский П.В. Биология: Учебник для учащихся 11 класса общеобразовательных учреждений: Базовый уровень /

Подробнее

Биосинтез белка

Биосинтез белка

Биосинтез белка

ДНК

Информация, которая сообщает клетке, как строить белки. потребность в выживании закодирована в структуре ДНК в ядро этой клетки. Этот код не может быть основан на индивидуальном соответствие между нуклеотидами и аминокислотами, потому что есть только четыре нуклеотида и 20 аминокислот, которые необходимо кодировать.Однако если нуклеотиды сгруппированы по три, их будет 64 возможных триплетов, или кодонов , что больше, чем достаточно комбинаций для кодирования 20 аминокислот.

Чтобы понять, как производятся белки, мы должны разделить процесс декодирования в два этапа. ДНК хранит только генетические информации, она не участвует в процессе, с помощью которого информация используется. Первый шаг в биосинтезе белка поэтому должен включать расшифровку информации в структура ДНК в полезную форму.На отдельном этапе это информация может быть транслирована в последовательность амино кислоты.

Транскрипция

Прежде чем информация в ДНК может быть расшифрована, небольшая часть двойной спирали ДНК должна быть развернута. Нить РНК тогда синтезируется, что является дополнительной копией одной цепи ДНК.

Предположим, что скопированный участок ДНК имеет следующая последовательность нуклеотидов, начиная с 3 конца.

3 T-A-C-A-A-G-C-A-G-T-T-G-G-T-C-G-T-G ... 5 ДНК

Когда мы предсказываем последовательность нуклеотидов в РНК комплемент, мы должны помнить, что РНК использует U, где T будет найдено в ДНК. Мы также должны помнить, что происходит спаривание оснований. между двумя цепями, которые проходят в противоположных направлениях .В Следовательно, РНК-комплемент этой ДНК следует записать как следует.

3 T-A-C-A-A-G-C-A-G-T-T-G-G-T-C-G-T-G ... 5 ДНК
5 A-U-G-U-U-C-G-U-C-A-A-C-C-A-G-C-A-C ... 3 мРНК

Поскольку эта цепь РНК содержит сообщение, которое было закодировано в ДНК, она называется информационная РНК , или мРНК .

Перевод

РНК-мессенджер теперь связывается с рибосомой, где сообщение транслируется в последовательность аминокислот. Аминокислоты которые включаются в синтезируемый белок, являются переносятся относительно небольшими молекулами РНК, известными как передача РНК , или тРНК . Есть на не менее 60 тРНК, которые немного различаются по своей структуре, в каждая ячейка.На одном конце каждой тРНК находится определенная последовательность три нуклеотида, которые могут связываться с информационной РНК. На другой конец - это конкретная аминокислота. Таким образом, каждый трехнуклеотидный сегмент молекулы информационной РНК кодирует включение определенной аминокислоты. Отношения между триплеты или кодоны мРНК и аминокислот показаны на таблица ниже.

Генетический код

Первая позиция
(5 'конец)
Вторая позиция Третья позиция
(3 'конец)
U К А г
Phe Ser Тир Cys U
U Phe Ser Тир Cys C
лей Ser А
лей Ser Trp G
лей Pro Его Arg U
С лей Pro Его Arg C
лей Pro Gln Arg А
лей Pro Gln Arg G
Иль Thr Asn Ser U
А Иль Thr Asn Ser C
Иль Thr Lys Arg А
Встреча Thr Lys Arg G
Вал Аля Асп Gly U
G Вал Аля Асп Gly C
Вал Аля Glu Gly А
Вал Аля Glu Gly G
a Есть три тройни код терминации полипептидной цепи: UAA, UGA, и UAG.

Практическая задача 4:

Предположим что цепь ДНК, которая кодирует синтез конкретный белок содержит триплет A-G-T (чтение с 3 по 5 конец). Предсказать последовательность нуклеотиды в триплете или кодоне, который будет построен в матричной РНК, построенной на этой матрице ДНК. Затем предскажите аминокислоту, которая будет включена в эта точка в белке.

Нажмите здесь, чтобы проверить ваш ответ на практическую задачу 4

Сигнал к началу создания полипептидной цепи простым, прокариотические клетки - это триплет AUG, который кодирует амино кислотный метионин (Met). Синтез каждого белка в этих клетки поэтому начинаются с остатка Met на N -конце конец полипептидной цепи.После тРНК, несущей Met связывается со стартовым сигналом на информационной РНК, тРНК, несущей вторая аминокислота связывается со следующим кодоном. Дипептид - это синтезируется при переносе остатка Met из первого тРНК к аминокислоте на второй тРНК. Если описанная ДНК в этом разделе дипептид будет Met-Phe (чтение с терминала N на терминал C аминокислота).

РНК-мессенджер теперь движется через рибосому, а тРНК несущий третью аминокислоту (Val) связывается со следующим кодоном.В дипептид затем переносится на аминокислоту на этой трети тРНК с образованием трипептида. Эта последовательность шагов продолжается до тех пор, пока встречается один из трех кодонов: UAA, UGA или UAG. Эти кодоны дают сигнал для прекращения синтеза полипептидная цепь, и цепь отщепляется от последней тРНК остаток.

Последовательность ДНК, описанная в этом разделе, дает следующая последовательность аминокислот.

Met-Phe-Val-Asn-Gln-His-...

Этот полипептид не обязательно является активным белком. Все белки в прокариотических клетках начинаются с Met при синтезе, но не все белки сначала Met в их активной форме. это часто необходимо отрезать этот Met после того, как полипептид был синтезирован с получением белка с другим N -концевым аминокислота.

Модификации полипептида часто приходится вносить перед образуется активный белок.Например, инсулин состоит из две полипептидные цепи, соединенные дисульфидными связями. В теории, можно было бы сделать эти цепочки по очереди а затем попробуйте собрать их, чтобы получился окончательный белок. Природа, однако было более тонким. Полипептидная цепь, которая Синтезированный содержит в общей сложности 81 аминокислоту. Все дисульфидные связи, которые будут присутствовать в инсулине, присутствуют в эта цепочка. Белок образуется, когда последовательность из 30 аминокислот вырезан из середины этой полипептидной цепи.


6.4: Синтез белков - Биология LibreTexts

Центральная догма биологии

Ваша ДНК , или дезоксирибонуклеиновая кислота, содержит гены, которые определяют вас. Как эта органическая молекула может влиять на ваши характеристики? ДНК содержит инструкции для всех белков, которые вырабатывает ваше тело. Белки , в свою очередь, определяют структуру и функции всех ваших клеток.Что определяет структуру белка ? Он начинается с последовательности из аминокислот , составляющих белок. Инструкции по созданию белков с правильной последовательностью аминокислот закодированы в ДНК.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Транскрипция и трансляция (синтез белка) в клетке. ДНК

находится в хромосомах. В эукариотических клетках хромосомы всегда остаются в ядре, но белки образуются на рибосомах в цитоплазме или на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме (RER).Как инструкции в ДНК попадают в место синтеза белка вне ядра? За это отвечает другой тип нуклеиновой кислоты. Эта нуклеиновая кислота представляет собой РНК или рибонуклеиновую кислоту. РНК - это небольшая молекула, которая может протискиваться через поры ядерной мембраны. Он передает информацию от ДНК в ядре к рибосоме в цитоплазме, а затем помогает собрать белок. Вкратце:

ДНК → РНК → Белок

Обнаружение этой последовательности событий стало важной вехой в молекулярной биологии.Это называется центральной догмой биологии . В центральной догме участвуют два процесса: , , транскрипция, , и , , перевод.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Обзор транскрипции и перевода. На верхней панели изображен ген. Ген состоит из открытой рамки считывания (также известной как кодирующая последовательность), фланкированной регуляторными последовательностями. В начале гена регуляторная последовательность содержит промотор, к которому присоединяется РНК-полимераза и запускает транскрипцию.В конце открытой рамки считывания регуляторная последовательность содержит терминатор (не показан). На средней панели показана пре-мРНК, которая модифицируется путем удаления интронов и сохранения экзонов. Это называется посттранскрипционной модификацией. Зрелая мРНК содержит 5'-кэп и поли-А-хвост. На нижней панели показан синтез белка посредством трансляции.

Транскрипция

Транскрипция - первая часть центральной догмы молекулярной биологии: ДНК → РНК .Это передача генетических инструкций ДНК на мРНК. Транскрипция происходит в ядре клетки. Во время транскрипции создается цепь мРНК, которая комплементарна цепи ДНК, называемой геном. Ген можно легко идентифицировать по последовательности ДНК. Ген содержит три основных участка: промотор, кодирующую последовательность (рамку считывания) и терминатор. Есть и другие части гена, которые показаны на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): основные компоненты гена.1. промотор, 2. инициация транскрипции, 3. 5'-передняя нетранслируемая область, 4. сайт стартового кодона трансляции, 5. кодирующая белок последовательность, 6. область стоп-кодона трансляции, 7. 3'-нижняя нетранслируемая область и 8. терминатор. .

шагов транскрипции

Транскрипция происходит в три этапа: инициация, удлинение и завершение. Шаги показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

  1. Инициация - это начало транскрипции. Это происходит, когда фермент РНК-полимераза связывается с областью гена, называемой промотором .Это дает сигнал ДНК раскручиваться, чтобы фермент мог «читать» основания в одной из цепей ДНК. Фермент готов к созданию цепи мРНК с комплементарной последовательностью оснований. Промотор не является частью образующейся мРНК
  2. Элонгация - это добавление нуклеотидов к цепи мРНК.
  3. Окончание - это окончание транскрипции. Когда РНК-полимераза транскрибирует терминатор, он отделяется от ДНК. После этого шага цепь мРНК завершена. Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Транскрипция происходит в три этапа - инициация, удлинение и завершение

Обработка мРНК

У эукариот новая мРНК еще не готова к трансляции.На этом этапе она называется пре-мРНК, и она должна пройти дополнительную обработку, прежде чем покинет ядро ​​в виде зрелой мРНК. Обработка может включать добавление 5 'крышки, сращивание, редактирование и 3' хвоста полиаденилирования (поли-A). Эти процессы по-разному модифицируют мРНК. Такие модификации позволяют использовать один ген для производства более чем одного белка. См. Рисунок \ (\ PageIndex {5} \), как вы читаете ниже:

  • 5'-кэп защищает мРНК в цитоплазме и помогает прикреплять мРНК к рибосоме для трансляции.
  • Сплайсинг удаляет интроны из кодирующей белок последовательности мРНК. Интроны - это области, которые не кодируют белок. Оставшаяся мРНК состоит только из областей, называемых экзонов , которые кодируют белок.
  • Редактирование изменяет некоторые нуклеотиды в мРНК. Например, человеческий белок APOB, который помогает транспортировать липиды в крови, имеет две разные формы из-за редактирования. Одна форма меньше другой, потому что редактирование добавляет более ранний стоп-сигнал в мРНК.
  • Полиаденилирование добавляет «хвост» к мРНК. Хвост состоит из цепочки As (адениновых оснований). Он сигнализирует об окончании мРНК. Он также участвует в экспорте мРНК из ядра и защищает мРНК от ферментов, которые могут ее разрушить.
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Сплайсинг удаляет интроны из мРНК. Зрелая мРНК транслируется в белок.

Перевод

Перевод является второй частью центральной догмы молекулярной биологии: РНК -> Белок .Это процесс, в котором генетический код в мРНК считывается для создания белка. Перевод показан на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). После того, как мРНК покидает ядро, она перемещается на рибосому, которая состоит из рРНК и белков. Трансляция происходит на рибосомах, плавающих в цитозоле, или на рибосомах, прикрепленных к грубому эндоплазматическому ретикулуму. Рибосома считывает последовательность кодонов в мРНК, а молекулы тРНК доставляют аминокислоты к рибосоме в правильной последовательности.

Чтобы понять роль тРНК, вам нужно больше узнать о ее структуре.Каждая молекула тРНК имеет антикодон для содержащейся в ней аминокислоты. Антикодон комплементарен кодону аминокислоты. Например, аминокислота лизин имеет кодон AAG, поэтому антикодоном является UUC. Следовательно, лизин будет переноситься молекулой тРНК с антикодоном UUC. Где бы ни появлялся кодон AAG в мРНК, временно связывается антикодон UUC тРНК. Связываясь с мРНК, тРНК отдает свою аминокислоту. С помощью рРНК между аминокислотами образуются связи по мере того, как они по одной доставляются к рибосоме, образуя полипептидную цепь.Цепочка аминокислот продолжает расти, пока не будет достигнут стоп-кодон.

Рибосомы, которые только что состоят из рРНК (рибосомальной РНК) и белка, были классифицированы как рибозимы, потому что рРНК обладает ферментативной активностью. РРНК важна для активности пептидилтрансферазы, связывающей аминокислоты. Рибосомы состоят из двух субъединиц - рРНК и белка. Большая субъединица имеет три активных сайта, называемых сайтами E, P и A. Эти сайты важны для каталитической активности рибосом.

Как и синтез мРНК, синтез белка можно разделить на три фазы: инициация, удлинение и завершение.Помимо матрицы мРНК, в процесс трансляции вносят вклад многие другие молекулы, такие как рибосомы, тРНК и различные ферментативные факторы

Инициирование трансляции: Маленькая субъединица связывается с сайтом выше (на 5'-стороне) начала мРНК. Он продолжает сканировать мРНК в направлении 5 '-> 3', пока не встретит кодон START (AUG). Прикрепляется большая субъединица, и тРНК инициатора, несущая метионин (Met), связывается с сайтом P на рибосоме.

Удлинение трансляции: Рибосома сдвигает один кодон за раз, катализируя каждый процесс, который происходит в трех сайтах. На каждом этапе заряженная тРНК входит в комплекс, полипептид становится на одну аминокислоту длиннее, а незаряженная тРНК уходит. Энергия каждой связи между аминокислотами происходит от GTP, молекулы, подобной АТФ. Вкратце, рибосомы взаимодействуют с другими молекулами РНК, образуя цепочки аминокислот, называемые полипептидными цепями, из-за пептидной связи, которая образуется между отдельными аминокислотами.Внутри рибосомы в процессе трансляции участвуют три сайта: A, P и E. Удивительно, но аппарату трансляции E. coli требуется всего 0,05 секунды для добавления каждой аминокислоты, а это означает, что полипептид из 200 аминокислот может быть транслирован всего за 10 секунд.

Прекращение трансляции : Прекращение трансляции происходит, когда встречается стоп-кодон (UAA, UAG или UGA) (см. Рисунок \ (\ PageIndex {7} \).) Когда рибосома встречает стоп-кодон, растущий полипептид высвобождается с помощью различных рилизинг-факторов, и субъединицы рибосомы диссоциируют и покидают мРНК.После завершения трансляции многих рибосом мРНК разрушается, поэтому нуклеотиды можно повторно использовать в другой реакции транскрипции.

Protein Synthesis - The Definitive Guide

Определение

Синтез белка - это процесс, в котором полипептидные цепи образуются из кодированных комбинаций отдельных аминокислот внутри клетки. Синтез новых полипептидов требует кодированной последовательности, ферментов и мессенджеров, рибосомных и переносящих рибонуклеиновых кислот (РНК). Синтез белка происходит в ядре и рибосомах клетки и регулируется ДНК и РНК.

Синтез белка

Этапы синтеза белка

Этапы синтеза белка имеют двоякий характер. Во-первых, код белка (цепочка аминокислот в определенном порядке) должен быть скопирован из генетической информации, содержащейся в ДНК клетки. Этот начальный этап синтеза белка известен как транскрипция.

Transcription создает точную копию участка ДНК. Эта копия известна как информационная РНК (мРНК), которая затем должна транспортироваться за пределы ядра клетки, прежде чем может начаться следующий этап синтеза белка.

Клетка эукариот. Обратите внимание на рибосомы на RER

Второй этап синтеза белка - это трансляция. Трансляция происходит внутри клеточной органеллы, называемой рибосомой. Информационная РНК проникает в рибосому и соединяется с ней под влиянием рибосомальной РНК и ферментов. Трансферная РНК (тРНК) - это молекула, несущая единственную аминокислоту и закодированную последовательность, которая действует как ключ. Этот ключ вписывается в определенную последовательность из трех кодов на мРНК, обеспечивая правильную аминокислоту.Каждый набор из трех азотистых оснований мРНК называется кодоном.

Перевод и транскрипция будут объяснены более подробно далее. Чтобы синтез белка был простым, нам сначала нужно знать основы.

Полипептиды и белки

Результат синтеза белка - это цепочка аминокислот, которые были присоединены, звено за звеном, в определенном порядке. Эта цепь называется полимером или полипептидом и построена в соответствии с кодом на основе ДНК. Вы можете представить полипептидную цепь в виде бусинок, каждая из которых играет роль аминокислоты.Порядок, в котором нанизываются бусины, скопирован из инструкций в нашей ДНК.

Как бусы на колье

Говоря о синтезе белков, важно различать полипептидные цепи и белки. Все белки являются полипептидами, но не все полипептиды являются белками; однако и белки, и полипептиды состоят из мономеров аминокислот.

Разница между белком и полипептидом заключается в форме. Меньшие цепи аминокислот - обычно менее сорока - остаются одноцепочечными цепями и называются полипептидами.Цепи большего размера должны упаковываться более плотно; они складываются в фиксированные структуры - вторичные, третичные и четвертичные. Сворачивание полипептидной цепи называется белком.

Полипептидные цепи образуются в процессе трансляции синтеза белка. Эти полипептиды могут складываться или не складываться в белки на более поздней стадии. Однако термин «синтез белка» используется даже в научном сообществе и не является неправильным.

Уровни структуры белка

Понять синтез белка легко, если представить нашу ДНК как книгу рецептов.В этой книге перечислены инструкции, которые показывают клетке, как создавать каждую крошечную часть каждой системы, органа и ткани в нашем теле. Все эти отдельные части представляют собой полипептиды. От кератина в волосах и ногтях до гормонов, циркулирующих в кровотоке, полипептиды и белки являются краеугольным камнем любой структуры. Наша ДНК не кодирует липиды или углеводы - она ​​кодирует только полипептиды.

Фермент РНК-полимераза открывает книгу рецептов ДНК, которая находится внутри ядра клетки.Он использует определенные фрагменты кода в качестве закладок для поиска нужной страницы. Эта книга рецептов написана на иностранном языке - мРНК копирует написанное, не понимая этого. Рецепты переведены на язык, который другие молекулы могут расшифровать на более позднем этапе. Трансляторами выступают рибосомы и тРНК. Они читают рецепт и могут собрать нужные ингредиенты и в правильном порядке сделать готовый полипептидный продукт.

Рецепт протеина нужно сначала перевести

Последовательности ДНК

В ядре две цепи ДНК удерживаются вместе азотистыми основаниями (также называемыми азотистыми основаниями или основаниями).Четыре основания - цитозин, гуанин, аденин и тимин - образуют буквы слов в книге рецептов ДНК.

Одна нить ДНК содержит исходный код. Если внимательно следовать инструкциям этого кода, конкретный правильный полипептид может быть собран вне ядра. Вторая цепь ДНК - цепочка-матрица - является зеркальным отображением исходной цепи. Это должно быть зеркальное отображение, поскольку азотистые основания могут присоединяться только к комплементарным партнерам. Например, цитозин соединяется только с гуанином, а тимин - только с аденином.

Соответствующие пары азотистых оснований

Вы, вероятно, встречали такие коды, как CTA, ATA, TAA и CCC в различных учебниках биологии. Если это кодоны (наборы из трех оснований) исходной цепи ДНК, цепочка матрицы будет прикрепляться к ним с помощью своих партнеров. Таким образом, используя данные примеры, матричная ДНК будет прикрепляться к исходной цепи ДНК с использованием GAT, TAT, ATT и GGG.

Затем

Messenger RNA копирует цепочку-матрицу. Это означает, что в итоге создается точная копия исходной пряди.Единственная разница в том, что мРНК заменяет тимин на основание, называемое урацилом. Копия мРНК цепи матрицы с использованием данных примеров будет читаться как CUA, AUA, UAA и CCC.

Основания в ДНК и РНК

Эти коды могут быть прочитаны путем переноса РНК вне ядра; рецепт можно понять по молекуле, которая не полностью понимает язык, использованный в оригинале (она не понимает тимин, только урацил). Передача РНК помогает доставить нужные части на конвейер рибосомы.Там строится белковая цепь, которая соответствует инструкциям в исходной цепи ДНК.

Участники синтеза белка

Для создания скопированного участка кода (транскрипции) нам нужны ферменты, называемые РНК-полимеразами. Эти ферменты собирают свободно плавающие молекулы информационной РНК (мРНК) внутри ядра и собирают их, чтобы сформировать буквы кода. Каждая буква кода ДНК имеет свой собственный ключ, и каждая новая буква, образованная мРНК, несет в себе блокировку, которая соответствует этому ключу, наподобие тРНК.

Обратите внимание, что мы говорим о буквах. Это важно. Внутри ядра код ДНК не понимается, его просто копируют - транскрибируют. Понимание кода путем написания слов, образованных этими буквами, - перевод - происходит на более позднем этапе.

Копирование деталей без понимания - транскрипция

РНК-полимераза

должна найти и перенести соответствующую молекулу мРНК для каждого азотистого основания на цепи матрицы. Выбранные молекулы мРНК соединяются вместе, образуя цепочку букв.В конце концов, эти буквы составят эквивалент фразы. Каждая фраза представляет собой конкретный (полипептидный) продукт. Если рецепт не соблюдается в точности, конечный продукт может быть совершенно другим или работать не так, как должен.

Код

Messenger RNA теперь стал кодом. Он переходит к следующей группе важных участников, которые работают на производственных предприятиях. Рибосомы находятся вне ядра клетки, либо в цитоплазме клетки, либо прикреплены к шероховатой эндоплазматической сети; именно рибосомы делают эндоплазматический ретикулум «шероховатым».

Рибосома разделена на две части, и нить мРНК проходит через нее, как лента в старинной пишущей машинке. Рибосома распознает и соединяется со специальным кодом в начале переведенной фразы - стартовым кодоном. Молекулы переносящей РНК попадают в рибосому, неся с собой отдельные ингредиенты. Как и во всех этих процессах, для соединения необходимы ферменты.

Старые пишущие машинки помогают нам понять, как работает перевод

Если каждый кодон мРНК имеет замок, тРНК обладает ключами.Ключ тРНК для кодона мРНК называется антикодоном. Когда молекула тРНК содержит ключ, соответствующий трехосновному коду, она может открыть дверь, сбросить свою нагрузку (аминокислоту) и покинуть фабрику рибосом, чтобы собрать еще одну аминокислотную нагрузку. Это всегда будет аминокислота того же типа, что и антикодон.

Мессенджер РНК перемещается по рибосоме, как по конвейерной ленте. В следующем кодоне другая молекула тРНК (с правильным ключом) приносит следующую аминокислоту. Эта аминокислота связывается с предыдущей.Начинает формироваться цепочка связанных аминокислот - полипептидная цепь. После завершения эта полипептидная цепь представляет собой точный конечный продукт, произведенный в соответствии с инструкциями в книге рецептов ДНК. Не пирог или пирог, а полипептидная цепочка.

Готовый продукт, готовый к употреблению

Об окончании процесса трансляции кода мРНК сигнализирует стоп-кодон. Стартовый и стоп-кодоны не кодируют аминокислоты, но сообщают тРНК и рибосоме, где полипептидная цепь должна начинаться и заканчиваться.

Готовый продукт - вновь синтезированный полипептид - попадает в цитоплазму. Оттуда он может путешествовать туда, где это необходимо.

Сайт синтеза белка

Сайт синтеза белка двоякий. Транскрипция (копирование кода) происходит в ядре клетки, где расположена ДНК. Как только мРНК-копия небольшого участка ДНК создана, она проходит через ядерные поры в цитоплазму клетки. В цитоплазме нить мРНК будет двигаться к свободной рибосоме или рибосоме, прикрепленной к грубому эндоплазматическому ретикулуму.Затем можно начинать следующий этап синтеза белка - трансляцию.

Новые роли рибосом

Средняя клетка млекопитающего содержит более десяти миллионов рибосом. Раковые клетки могут производить до 7500 рибосомных субъединиц (малых и больших) каждую минуту. Как фабрика по производству полипептидов, существование, развитие и функции каждого живого организма зависят от рибосомы.

Функция рибосомы

Ранее считалось, что эукариотические рибосомы играют только эффекторные роли в синтезе белка (вызывают эффект - новый белок).Однако недавние исследования теперь показывают, что рибосомы также регулируют процесс трансляции. Они играют роль в принятии решения о том, какие белки производятся и в каких количествах. Успех и результаты трансляции зависят не только от наличия свободных аминокислот и ферментов - они также зависят от качества рибосом.

Транскрипция в синтезе белка

Процесс транскрипции - это первая стадия синтеза белка. На этом этапе генетическая информация передается от ДНК к рибосомам цитоплазмы или грубому эндоплазматическому ретикулуму.Транскрипция делится на три фазы: инициация, удлинение и завершение.

Транскрипция в ядре, трансляция без

Инициирование

Для инициации требуются две особые группы белков. Первая группа - это факторы транскрипции - они распознают промоторные последовательности в ДНК. Последовательность промотора - это часть кода, находящаяся в начале одного гена, которая показывает, где должен начаться процесс копирования и в каком направлении этот код следует читать.Промотор работает примерно так же, как стартовый кодон на мРНК.

Вторая группа белков, необходимая для инициации транскрипции, состоит из ДНК-зависимых РНК-полимераз (РНКП). Молекула РНК-полимеразы связывается с промотором. Как только это соединение установлено, двухцепочечная ДНК раскручивается и раскрывается (расстегивается).

РНК-полимераза = молния

Соединенные основания удерживают две нити ДНК в форме двойной спирали. Когда две нити расстегнуты, отдельные и теперь не связанные базы остаются открытыми.Процесс распаковки повторяется вдоль участка ДНК с помощью РНКП до тех пор, пока не будет достигнута точка остановки транскрипции или терминатор. Таким образом, инициация включает распознавание промоторной последовательности и распаковку участка ДНК под влиянием факторов транскрипции и РНК-полимераз.

РНК-полимераза разделяет основания ДНК

удлинение

Следующая фаза в процессе транскрипции - удлинение. Когда кодированная последовательность открыта, RNAP могут считывать каждое отдельное основание аденина, гуанина, цитозина или тимина на цепи-шаблоне и соединять с ним правильное основание-партнер.Важно помнить, что РНК не может воспроизводить тимин и заменяет его азотистым основанием, известным как урацил.

Если, например, короткая последовательность ДНК на матричной цепи представлена ​​C-A-G-T-T-A или цитозин-аденин-гуанин-тимин-тимин-аденином, RNAP будет связывать правильные партнерские основания, полученные из популяций свободно плавающих оснований в ядре. В этом примере РНК-полимераза будет присоединять гуаниновое основание к цитозину, урацил к аденину, цитозин к гуанину и аденин к тимину с образованием цепи матричной РНК с кодированной азотистой последовательностью оснований G-U-C-A-A-U.Этот процесс повторяется до тех пор, пока фермент RNAP не обнаружит завершающую его последовательность генетического кода - терминатор.

Фазы транскрипции

Прекращение действия

Когда RNAP обнаруживают последовательность терминатора, происходит финальная фаза транскрипции - терминация. Цепочка РНКП отсоединяется от ДНК, и в результате получается цепочка информационной РНК. Эта мРНК несет в себе код, который в конечном итоге будет указывать тРНК, какие аминокислоты передать рибосоме.

Мессенджер РНК покидает ядро ​​через ядерные поры в основном за счет диффузии, но иногда требуется помощь ферментов-переносчиков и АТФ, чтобы добраться до места назначения.

Процесс трансляции в синтезе белка

В процессе трансляции малая и большая субъединицы рибосомы закрываются цепочкой мРНК, свободно захватывая ее внутри. Рибосомы упорядочивают нить в кодоны или наборы из трех азотистых основных букв. Это потому, что код отдельной аминокислоты - самой основной формы белка - представляет собой трехбуквенный код азотистых оснований.

Поскольку рибосомы распознают части кода, мы можем сказать, что они его понимают. Беспорядок скопированных букв, созданный на этапе транскрипции, можно прочитать и понять на этапе перевода.

Код можно понять только при переводе

Например, GGU, GGC, GGA и GGG кодируют аминокислоту, известную как глицин. Большинство аминокислот имеют несколько кодов, так как это снижает вероятность ошибок - если РНК-полимераза случайно связывает аденин вместо цитозина с GG, это не имеет значения. И GGC, и GGA кодируют одну и ту же аминокислоту. Вы можете увидеть список кодонов мРНК для двадцати заменимых аминокислот здесь.

Есть только один стартовый кодонный код - AUG.Три кодона - TAA, TAG и TGA - представляют собой стоп-кодоны. Ни стартовый, ни стоп-кодоны не соответствуют коду аминокислоты; они не кодируют. На этом круге кодонов четко обозначены одиночный стартовый и три стоповых кодона.

Колесо кодона

Когда кодон становится видимым - после того, как предыдущий кодон был связан с аминокислотой - часть молекулы транспортной РНК помещается в кодон мРНК. Этот «ключ» называется антикодоном. РНК-переносчик выполняет две функции - прикрепляться к аминокислоте за пределами рибосомы и размещать эту аминокислоту в нужное время и в нужном положении на цепи мРНК внутри рибосомы.

От десятков до тысяч молекул транспортной РНК образуется полипептидная цепь. Титин или коннектин - самая большая молекула белка и содержит около 33 000 аминокислот. Самый маленький функциональный полипептид - это глутатион - всего три аминокислоты. Чтобы произвести глутатион, сначала рибосома и тРНК должны прочитать стартовый кодон (три основания), затем прочитать первый кодон, кодирующий белок (три основания), второй (три основания), третий (три основания) и стоп-кодон. (три базы). Рецепты (последовательности) кодирующей ДНК и мРНК для глутатиона содержат девять оснований.В этом рецепте могут быть или не быть дополнительных участков некодирующей ДНК. Некодирующие последовательности не производят аминокислот.

Как и в случае с процессом транскрипции, трансляция внутри рибосомы также разделяется на три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Пора разобраться в коде

Инициация включает распознавание рибосомой стартового кодона мРНК. Элонгация относится к процессу, при котором рибосома перемещается по транскрипту мРНК, распознавая и обнажая отдельные кодоны, чтобы тРНК могла доставить нужные аминокислоты.Антикодоновое плечо тРНК прикрепляется к соответствующему кодону мРНК под действием рибосомных ферментов.

Наконец, терминация происходит, когда рибосома распознает стоп-кодон мРНК; завершенная полипептидная цепь затем высвобождается в цитоплазму. Он отправляется туда, где это необходимо - внутрь клетки или в другие ткани, покидая клеточную мембрану посредством экзоцитоза.

Многие полипептиды покидают клетку путем экзоцитоза

Викторина

Библиография

Показать / Скрыть

  • Барна М.(2013). Рибосомы берут на себя управление. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America , 110 (1), 9–10. https://doi.org/10.1073/pnas.1218764110
  • Hatfield DL, Lee JL, Pirtle RM (Ed). (2018). Переносная РНК в синтезе белка, Бока-Ратон (Флорида), CRC Press.
  • Rodwell, VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. (2018). Harper’s Illustrated Biochemistry, тридцать первое издание. Нью-Йорк, McGraw Hill Professional.
  • Vargas DY, Raj A, Marras SAE, Kramer FR, Tyagi S.(2005). Механизм транспорта мРНК в ядре. Труды Национальной академии наук . Ноя 2005, 102 (47) 17008-17013; DOI: 10.1073 / pnas.0505580102

Синтез белка Определение и примеры

Синтез белка
n., Множественное число: синтез белка
Определение: создание белка.

Синтез белка - это процесс создания белковых молекул. В биологических системах это включает синтез аминокислот, транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные события.В синтезе аминокислот существует набор биохимических процессов, которые производят аминокислоты из источников углерода, таких как глюкоза. Не все аминокислоты производятся организмом; другие аминокислоты получают с пищей. В клетках генерируются белки с участием процессов транскрипции и трансляции. Короче говоря, транскрипция - это процесс, с помощью которого матрица мРНК транскрибируется из ДНК. Шаблон используется для следующего шага - перевода. При трансляции аминокислоты связаны друг с другом в определенном порядке, основанном на генетическом коде.После трансляции вновь образованный белок подвергается дальнейшей обработке, такой как протеолиз, посттрансляционная модификация и сворачивание белка.

Определение синтеза белка

Синтез белка - схематическая диаграмма Синтез белка - это создание белков. В биологических системах это осуществляется внутри клетки. У прокариот он находится в цитоплазме. У эукариот это первоначально происходит в ядре, чтобы создать транскрипт (мРНК) кодирующей области ДНК. Транскрипт покидает ядро ​​и достигает рибосом для трансляции в молекулу белка с определенной последовательностью аминокислот.

Синтез белка - это создание белков клетками с использованием ДНК, РНК и различных ферментов. Обычно он включает события транскрипции, трансляции и посттрансляционные события, такие как сворачивание белка, модификации и протеолиз.

Этимология

Термин белок происходит от позднегреческого prōteios , prōtos , что означает «первый». Слово синтез произошло от греческого sunthesis , от suntithenai , что означает «соединять».Вариант: биосинтез белка.

Прокариотический синтез по сравнению с синтезом эукариотических белков

Белки - это основной тип биомолекул, который необходим всем живым существам для процветания. И прокариоты, и эукариоты производят различные белки для различных процессов и функций. Некоторые белки используются для структурных целей, а другие действуют как катализаторы биохимических реакций. Синтезы прокариотических и эукариотических белков имеют явные различия. Например, синтез белка у прокариот происходит в цитоплазме.У эукариот первый этап (транскрипция) происходит в ядре. Когда транскрипт (мРНК) образуется, он попадает в цитоплазму, где расположены рибосомы. Здесь мРНК транслируется в аминокислотную цепь. В таблице ниже показаны различия между синтезом прокариотических и эукариотических белков.

Синтез прокариотического белка Синтез эукариотического белка
Трансляция происходит еще до транскрипции концов мРНК Транскрипция происходит с последующей трансляцией
За исключением архебактерий, образование мРНК бактерий не включает добавление cap и поли A-хвоста Образование мРНК включает добавление 5'-кэпа и поли-A-хвоста на 3'-конце транскрипта мРНК
Трансляция начинается с кодона AUG Трансляция начинается через 5 'Cap, связывающая мРНК с рибосомной единицей в первом кодоне AUG
Инициирующие факторы: PIF-1, PIF-2, PIF-3 Инициирующие факторы: eIF1-6, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F

Генетический код

Аминокислотная таблица кодонов РНК.

В биологии кодон относится к тринуклеотидам, которые указаны для конкретной аминокислоты. Например, гуанин-цитозин-цитозин (GCC) кодирует аминокислоту аланин. Коды гуанин-урацил-урацил (GUU) для валина. Урацил-аденин-аденин (UAA) является стоп-кодоном. Кодон мРНК дополняет тринуклеотид (называемый антикодоном) в тРНК.

мРНК, тРНК и рРНК

мРНК, тРНК и рРНК - три основных типа РНК, участвующих в синтезе белка. МРНК (или информационная РНК) несет код для создания белка.У эукариот он образуется внутри ядра и состоит из 5'-кэпа, 5’UTR-области, кодирующей области, 3’UTR-области и поли (A) хвоста. Копия сегмента ДНК для экспрессии гена находится в его кодирующей области. Он начинается со старт-кодона на 5’-конце и стоп-кодона на 3’-конце.
тРНК (или транспортная РНК), как следует из названия, переносит определенную аминокислоту на рибосому, которая будет добавлена ​​к растущей цепи аминокислоты. Он состоит из двух основных сайтов: (1) антикодонное плечо и (2) акцепторный стержень .Плечо антикодона содержит антикодон, который комплементарен парам оснований с кодоном мРНК. Акцепторный стержень - это сайт, к которому прикрепляется определенная аминокислота (в этом случае тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК ). Пептидил-тРНК - это тРНК, которая удерживает растущую полипептидную цепь.
В отличие от первых двух, рРНК (или рибосомная РНК) не несет генетической информации. Скорее, он служит одним из компонентов рибосомы. Рибосома - это цитоплазматическая структура в клетках прокариот и эукариот, которые известны тем, что служат местом синтеза белка.Рибосомы можно использовать для определения прокариота от эукариота. У прокариот есть рибосомы 70S, тогда как у эукариот рибосомы 80S. Однако оба типа состоят из двух субъединиц разного размера. Субъединица большего размера служит рибозимом, который катализирует образование пептидной связи между аминокислотами. рРНК имеет три сайта связывания: сайты A, P и E. Сайт A (аминоацил) - это место стыковки аминоацил-тРНК. Сайт P (пептидил) - это место, где связывается пептидил-тРНК. Сайт E (выход) - это место, где тРНК покидает рибосому.

Этапы биосинтеза белка

Транскрипция

Транскрипция - это процесс, с помощью которого матрица мРНК, кодирующая последовательность белка в форме тринуклеотидного кода, транскрибируется из ДНК для обеспечения матрицы для трансляции с помощью фермент, РНК-полимераза. Таким образом, транскрипция рассматривается как первый этап экспрессии гена. Подобно репликации ДНК, транскрипция происходит в направлении 5 '→ 3'. Но в отличие от репликации ДНК, транскрипции не требуется праймер для запуска процесса, и вместо тимина урацил спаривается с аденином.
Этапы транскрипции следующие: (1) инициация, (2) выход промотора, (3) элонгация и (4) терминация. Первый шаг, инициация, - это когда РНК-полимераза с помощью определенных факторов транскрипции связывается с промотором ДНК. Это приводит к открытию (раскручиванию) ДНК в промоторной области, образуя транскрипционный пузырь . Сайт начала транскрипции в пузыре транскрипции связывается с РНК-полимеразой, в частности, с , инициирующим NTP , и , удлиняющим NTP .Происходит фаза прерывистых циклов синтеза, приводящая к высвобождению коротких транскриптов мРНК (примерно от 2 до 15 нуклеотидов). На следующем этапе РНК-полимераза должна ускользнуть от промотора и вступить в стадию элонгации. Во время элонгации РНК-полимераза пересекает матричную цепь ДНК и пары оснований с нуклеотидами на матричной (некодирующей) цепи. В результате получается транскрипт мРНК, содержащий копию кодирующей цепи ДНК, за исключением тиминов, которые заменены урацилами.Сахарно-фосфатный остов формируется за счет РНК-полимеразы. Последний шаг - прекращение. Во время этой фазы водородные связи спирали РНК-ДНК разрываются. У эукариот транскрипт мРНК проходит дальнейшую обработку. Он проходит полиаденилирования , закрытия и сращивания .

Трансляция

Трансляция - это процесс, в котором аминокислоты связываются вместе в определенном порядке в соответствии с правилами, установленными генетическим кодом.Это происходит в цитоплазме, где расположены рибосомы. Он состоит из четырех фаз: (1) активация (аминокислота ковалентно связана с тРНК), (2) инициация (малая субъединица рибосомы связывается с 5'-концом мРНК с помощью факторов инициации), (3 ) элонгация (следующая аминоацил-тРНК в линии связывается с рибосомой вместе с GTP и фактором элонгации) и (4) терминация (сайт A рибосомы обращен к стоп-кодону).

Пост-трансляция

Следующим этапом синтеза белка являются события, например.грамм. протеолиз и сворачивание белков. Протеолиз относится к расщеплению белков протеазами. Через него из полипептида удаляются N-концевые, C-концевые или внутренние аминокислотные остатки. Посттрансляционная модификация относится к ферментативному процессингу полипептидной цепи после трансляции и образования пептидной связи. Концы и боковые цепи полипептида можно модифицировать, чтобы гарантировать правильную клеточную локализацию и функцию. Сворачивание белка - это сворачивание полипептидных цепей с принятием вторичных и третичных структур.

См. Также

Ссылки

  1. Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Elmhurst.edu: http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/584proteinsyn.html
  2. Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Estrellamountain.edu: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPROTSYn.html
  3. Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Nau.edu: http://www2.nau.edu/lrm22/lessons/protein-synthesis/protein-synthesis.htm

© Biology Online.Контент предоставлен и модерируется онлайн-редакторами биологии


5 основных этапов синтеза белка (поясняется схемой)

Некоторые из основных стадий синтеза белка: (а) активация аминокислот, (б) перенос аминокислоты на тРНК, (в) инициация полипептидной цепи, (г) обрыв цепи, (д) ​​транслокация белка

Существует пять основных стадий синтеза белка, каждая из которых требует наличия ряда компонентов у E. coli и других прокариот.

Синтез белка в эукариотических клетках происходит по той же схеме с некоторыми отличиями.

Основные шаги:

(а) Активация аминокислот:

Эта реакция вызывается связыванием аминокислоты с АТФ. На этом этапе требуются ферменты, называемые аминоацил-РНК-синтетазами. Благодаря этой реакции аминокислоты (АК) и аденозинтрифосфата (АТФ), опосредованной указанным выше ферментом, образуется комплекс аминоацил - АМФ - фермент (рис.6.40).

AA + ATP Фермент -AA - AMP - ферментный комплекс + PP

Следует отметить, что аминоацил РНК-синтетазы специфичны по отношению к различным аминокислотам.

(b) Перенос аминокислоты на тРНК:

Образованный комплекс АК - АМФ - фермент реагирует со специфической тРНК. Таким образом аминокислота переносится на тРНК. В результате высвобождаются фермент и АМФ.

AA - AMP - фермент Комплекс + тРНК- AA - тРНК + фермент AMP

(c) Инициирование полипептидной цепи:

Заряженная тРНК переходит на рибосому (рис.6.41). Рибосома состоит из структурных РНК и 80 различных белков. Рибосома - это место, где происходит синтез белка. МРНК связывается с субъединицей SOS рибосомы 70S типа.

Уже обсуждалось, что рибосомы состоят из рРНК (рибосомной РНК) и белков. Рибосома также действует как катализатор (23sРНК у бактерий - это фермент - рибозим) для образования пептидной связи. Рибосомы состоят из двух частей: большего и меньшего.

Информация о последовательности аминокислот присутствует в последовательности азотистых оснований мРНК.Каждая аминокислота кодируется трехбуквенным словом нуклеиновая кислота. Инициирование полипептидной цепи у прокариот всегда вызывается аминокислотой метионином, который регулярно кодируется кодоном AUG, но редко также и GUG (для валина) в качестве инициирующего кодона. Для прокариот составление инициирующей аминокислоты метионина является важным требованием.

Рибосомы имеют два сайта для связывания аминоацил-тРНК.

(i) Аминоацил или сайт А (акцепторный сайт).

(ii) Пептидильный сайт или Р-сайт (донорный сайт). Каждый сайт состоит из определенных частей SOS и подразделов 30S. Инициирующая тРНК формилметионина, т.е. (тРНК AA, f Met), может связываться только с сайтом P (рис. 6.41).

Однако это исключение. Все другие вновь поступающие аминоацил-тРНК (AA 2 , AA 3 - тРНК) связываются с сайтом A. Таким образом, P-сайт - это сайт, из которого уходит пустая тРНК и с которым связывается растущая пептидил-тРНК.

На первом этапе следующая аминоацил-тРНК связывается с комплексом фактора элонгации Tu, содержащим молекулу связанного GTP. Полученный комплекс аминоацил-тРНК-Tu-GTP теперь связан с комплексом инициации 70S. GTP гидролизуется, и комплекс Tu-GDP высвобождается из рибосомы 70S (рис. 6.42). Новая аминоацил тРНК теперь связана с аминоацилом или сайтом А на рибосоме.

На второй стадии элонгации новая пептидная связь образуется между аминокислотами, тРНК которых расположены на сайтах A и P на рибосомах.Этот этап происходит путем переноса инициирующей ацильной группы формилметионина с его тРНК на аминогруппу новой аминокислоты, которая только что вошла в A-сайт.

Образование пептида катализируется пептидилтрансферазой, рибосомным белком в 50 S субъединице. Дипептидил тРНК образуется на сайте A, и теперь пустая тРНК остается связанной с сайтом P.

На третьем этапе удлинения рибосома перемещается вдоль мРНК к ее 3'-концу на расстояние кодона (т. Е., Кодоны с 1-го по 2-й и со 2-го по 3-й на мРНК). Поскольку дипептидил тРНК все еще прикреплен ко второму кодону (рис. 6.43), движение рибосом сдвигает дипептидил тРНК с сайта A на сайт P. Это смещение вызывает высвобождение пустой тРНК.

Теперь третий кодон мРНК находится на A-сайте, а второй кодон на P-сайте. Этот сдвиг рибосом вдоль мРНК называется этапом транслокации. На этом этапе требуется фактор элонгации G (также называемый транслоказой).А также одновременно происходит гидролиз другой молекулы ГТФ. Гидролиз GTP обеспечивает энергию для транслокации.

Рибосома с присоединенной дипетидил-тРНК и мРНК готова к другому циклу элонгации для присоединения третьей аминокислоты (рис. 6.44). Происходит так же, как и добавление секунды.

В результате этого повторяющегося действия по удлинению цепи полипептидная цепь удлиняется. По мере того, как рибосома перемещается от кодона к кодону вдоль мРНК к ее 3'-концу, должна быть вставлена ​​полипептидная цепь последней аминокислоты.

(d) Обрыв цепи:

Об окончании полипептида сигнализирует один из трех концевых триплетов (кодонов) мРНК. Три терминальных кодона - это UAG (янтарь), UAA (охра) и UGA (опал). Их еще называют стоп-сигналами.

Во время терминации терминальный кодон следует сразу за последним аминокислотным кодоном. После этого высвобождается полипептидная цепь, тРНК, мРНК. Субъединицы рибосом диссоциируют.

Прекращение также требует действий трех факторов прерывания или освобождения, названных R 1 , R и S.

(e) Транслокация белка:

Было идентифицировано два класса полирибосом (рис. 6.45).

(i) Свободные полирибосомы

(ii) Полирибосомы, связанные с мембраной.

Для свободных рибосом прекращение синтеза белка приводит к высвобождению завершенного белка в цитоплазму. Некоторые из этих специфических белков перемещаются в митохондрии и ядро ​​с помощью особых механизмов.

С другой стороны, в полирибосомах, связанных с мембраной, полипептидная цепь, которая растет на мРНК, вставляется в просвет мембраны ER.Некоторые из этих белков становятся неотъемлемой частью мембраны.

Тем не менее, небольшое количество белков высвобождается в просвет и включается в пузырьки тела Гольджи. Они могут дополнительно модифицироваться как гликозилирование, то есть добавление остатков сахара. Таким образом образовавшиеся везикулы сливаются с плазматической мембраной, и, наконец, эти белки высвобождаются.

Биосинтез белка - обзор

Механизм действия ингибиторов синтеза белка

Синтез белка происходит в цитоплазме на рибонуклеопротеиновых частицах, рибосомах.Информационная РНК, которая содержит в своей нуклеотидной последовательности код, управляющий синтезом одной или нескольких полипептидных цепей, синтезируется РНК-полимеразой на матрице ДНК и транспортируется в цитоплазму, где она связывается с рибосомами и направляет размещение РНК для переноса аминоацила в правильной последовательности. Аминокислота, которая была активирована и этерифицирована до определенного вида тРНК, связана с рибосомным акцепторным сайтом благодаря взаимодействиям кодон-антикодон.Пептидилтрансфераза, неотъемлемая часть рибосомы, катализирует образование пептидной связи между карбоксильной группой растущего пептида (связанной как пептидил-тРНК с сайтом донора рибосомы) и аминогруппой новой аминокислоты. Образовавшаяся пептидил-тРНК перемещается к донорному сайту с помощью GTP-требующего фермента, освобождая акцепторный сайт для присоединения следующей аминоацил-тРНК (Watson, 1970).

Взаимосвязь между синтезом белка и физиологическим проявлением радиационного поражения исследовалась в основном с использованием ингибиторов синтеза белка.Выводы, сделанные на основе этих исследований, основаны на двух предположениях: во-первых, ингибирование влияет на одну и только одну биохимическую реакцию, а во-вторых, что эта конкретная биохимическая реакция не имеет быстрых косвенных эффектов на общий метаболизм клетки.

Пуромицин, который действует как аналог аминоацил-тРНК (Morris and Schweet, 1961; Rabinovitz and Fisher, 1962), по-видимому, ингибирует синтез белка в прокариотических и эукариотических клетках, высвобождая неполные полипептидные цепи из рибосомы (Allen and Zamecnik , 1962; Натанс, 1964). Циклогексимид может ингибировать инициацию, удлинение или прекращение синтеза белка в эукариотических клетках путем блокирования транслокации, тем самым предотвращая дальнейшее движение рибосомы по матричной РНК (Obrig et al., 1971; Rajalakshmi et al., 1971). Хлорамфеникол подавляет синтез белка в бактериях и избирательно подавляет синтез белка в митохондриях и хлоропластах изученных эукариотических клеток (Sager, 1972).Этот антибиотик связывается с большой рибосомной субъединицей (Vazquez, 1965) и препятствует образованию пептидной связи (например, Traut and Monro, 1964). Стрептомицин специфически ингибирует синтез микробных и митохондриальных белков, связываясь с малой рибосомной субъединицей (Davies, 1964; Cox et al., 1964) и вызывая неправильное прочтение генетического кода (Davies et al., 1964).

Синтез белка - Введение в генетический анализ

Мы можем рассматривать синтез белка как химическую реакцию, и мы будем сначала воспользуйтесь этим подходом.Затем мы взглянем на физические взаимодействия основных компонентов.

При синтезе белка как химической реакции:

1.

Каждая аминокислота присоединяется к молекуле тРНК, специфичной для этой аминокислоты, посредством высокоэнергетическая связь, полученная из АТФ. Процесс катализируется определенным фермент, называемый синтетазой (тРНК считается «заряженной» когда аминокислота присоединена):

Имеется отдельная синтетаза для каждой аминокислоты.
2.

Энергия заряженной тРНК преобразуется в пептидную связь, связывающую аминокислота на другую на рибосоме:

3.

Новые аминокислоты связаны пептидной связью с растущими цепь:

4.

Этот процесс продолжается до аа n (последняя аминокислота) добавляется. Все работает только в наличие мРНК, рибосом, нескольких дополнительных белковых факторов, ферментов, и неорганические ионы.

Рибосомы

Рибосомы состоят из двух субъединиц, которые у прокариот осаждаются в виде 50S и 30S. частицы и объединяются, образуя частицу 70S, как видно на рис. Эукариотические аналоги - 60S и 40S для больших и малых субъединиц и 80S для полной рибосомы (). Рибосомы содержат специфические сайты, которые позволяют им связываться с мРНК, тРНК и специфическим белком факторы, необходимые для синтеза белка. Давайте посмотрим на общую картину синтез белка на рибосоме, а затем изучите каждый из этапов процесс более подробно.

Рисунок 10-30

Рибосома содержит большую и малую субъединицы. Каждая субъединица содержит как рРНК разной длины, так и набор белков (обозначены разными формами и штриховкой). Есть два основные молекулы рРНК во всех рибосомах. (а) Рибосомы из прокариоты (подробнее ...)

показывает полипептид, являющийся синтезируется на рибосоме. МРНК связывается с 30S субъединицей. ТРНК связываются на два сайта на рибосоме. Эти сайты перекрывают субъединицы. Модель A сайт является сайтом входа для аминоацил-тРНК (тРНК, несущей одна аминокислота).Пептидил-тРНК, несущая растущую полипептидную цепь связывается по сайту P. Каждая новая аминокислота добавляется переносом растущей цепи к новой аминоацил-тРНК, образуя новую пептидную связь. В деацилированная тРНК затем высвобождается из Р-сайта, и рибосома перемещается на один дальше по сообщению, перенося новую пептидил-тРНК в P сайт и оставив площадку A свободной для следующего входящего аминоацил-тРНК.

Рисунок 10-31

Добавление одной аминокислоты к растущей полипептидной цепи в ходе трансляции мРНК.

Мы можем разделить процесс синтеза белка на три отдельных этапа. Инициирование, удлинение, и окончание. Давайте подробно изучите каждый из этих шагов на примере прокариот.

Инициирование

Три этапа инициации.

Помимо мРНК, рибосом и специфических молекул тРНК, инициация требует участия нескольких факторов, называемых инициацией коэффициенты IF1, IF2, и IF3. В г. coli и у большинства других прокариотических организмов первой аминокислотой в любом вновь синтезированном полипептиде является N -формилметионин. Он вставлен не тРНК Met , однако, но инициатором тРНК называется тРНК fMET . Эта инициаторная тРНК имеет нормальный метионин. антикодон, но вставляет N -формилметионин, а не метионин (). В E. coli, AUG и GUG, а в редких случаях UUG служат в качестве кодонов инициации.Когда одна из этих троек присутствует в положение инициации, оно распознается N -formylMet-тРНК, и метионин появляется как первая аминокислота в цепи. Давайте рассмотрим подробные инструкции по инициированию.

Рисунок 10-32

Структуры метионина (Met) и N -формилметионин (fMet). ТРНК, несущая fMet может инициировать полипептидную цепь у прокариот, но не может вставлен в растущую цепочку; может быть вставлена ​​тРНК, несущая Met в растущей цепочке, но не инициирует (подробнее...)

1.

Первым шагом в инициации является связывание мРНК с 30S субъединица (). В связывание стимулируется фактором инициации IF3. Когда не помолвлен при синтезе белка рибосомные субъединицы существуют в свободной форме; они собираются в полные рибосомы в результате инициации процесс.

2.

Фактор инициации IF2 связывается с GTP и инициатором fMet-tRNA и стимулирует связывание fMet-тРНК с инициирующим комплексом, ведя fMet-тРНК в сайт P, как показано в середине .

3.

Рибосомный белок расщепляет GTP, связанный с IF2, помогая управлять сборка двух рибосомных субъединиц (, внизу). На этом этапе высвобождаются факторы IF2 и IF3. (Точная роль IF1 не совершенно ясно, хотя, похоже, принимает участие в переработке рибосома.)

Рисунок 10-33

Этапы инициации перевода (см. текст).

Сайты связывания рибосом.

Как выбираются правильные инициирующие кодоны из множества AUG и GUG кодоны в молекуле мРНК? Джон Шайн и Линн Далгарно первыми заметили, что кодонам истинной инициации предшествовали последовательности, которые хорошо сочетались с 3'-конец 16S рРНК.показывает некоторые из этих последовательностей. Есть короткое, но переменное разделение между последовательностью Шайна-Далгарно и инициирующим кодоном. изображает базовую пару между идеализированной мРНК и 16S рРНК, что приводит к рибосомной мРНК комплексы, приводящие к инициации белка в присутствии fMet-тРНК.

Фигура 10-34

Последовательности рибосомного сайта связывания в E. coli и его бактериофаги имеют некоторые общие черты, а именно: показаны в цветных областях. Кодон инициации (цвет) разделены несколькими основаниями из короткой последовательности (цвета), которая дополнительные (подробнее...)

Рисунок 10-35

Связывание последовательности Шайна-Далгарно на мРНК с 3'-концом 16S рРНК. (По Л. Страйер, Биохимия, 4-е изд. Авторские права © 1995 Любер Страйер.)

Удлинение

подробно описывает шаги в элонгации, которой способствуют три белковых фактора, EF-Tu, EF-Ts, и EF-G. Шаги следующие:

1.

Фактор элонгации EF-Tu опосредует проникновение аминоацил-тРНК в A сайт.Для этого EF-Tu сначала связывается с GTP. Это активировало EF-Tu – GTP комплекс связывается с тРНК. Далее гидролиз ГТФ комплекса до GDP помогает управлять связыванием аминоацил-тРНК с сайтом A на в этот момент EF-Tu высвобождается (), оставляя новую тРНК в сайте A ().

2.

Фактор удлинения EF-Ts опосредует высвобождение EF-Tu – GDP из рибосома и регенерация EF-Tu-GTP.

3.

На стадии транслокации полипептидная цепь пептидил-тРНК переносится на аминоацил-тРНК на сайте A в реакции, катализируемой ферментом пептидилтрансферазой ().Затем рибосома перемещается, перемещая один кодон дальше по мРНК, идя в направлении 5 '→ 3'. Этот шаг опосредуется фактором удлинения EF-G () и управляется расщеплением GTP к ВВП. Это действие высвобождает незаряженную тРНК из P-сайта и переносит новообразованную пептидил-тРНК с сайта A на сайт P ().

Прерывание

Факторы выпуска.

В предыдущем обсуждении генетического кода мы описали три кодоны обрыва цепи UAG, UAA и UGA.Интересно, что эти три триплеты распознаются не тРНК, а белковыми факторами, называемые факторами высвобождения , сокращенно RF1 и RF2. RF1 распознает тройки UAA и UAG, а RF2 признает UAA и UGA. Третий фактор, RF3, также помогает катализировать обрыв цепи. Когда пептидил-тРНК находится в сайте P, Факторы высвобождения в ответ на кодоны, обрывающие цепь, связываются с A сайт. Затем полипептид высвобождается из P-сайта, и рибосомы диссоциировать на две субъединицы в реакции, вызванной гидролизом GTP молекула.обеспечивает схематическое изображение этого процесса.

Рисунок 10-37

Шаги, ведущие к прекращению синтеза белка (см. Текст).

Нонсенс-супрессорные мутации

Интересно рассмотреть супрессоры бессмысленных мутаций, которые Бреннер и его сотрудники определили. Многие из этих подавителей бессмыслицы Известно, что мутации изменяют антикодоновую петлю специфических тРНК таким образом, чтобы позволить распознавание бессмысленного кодона в мРНК. Таким образом, аминокислота вставляется в ответ на бессмысленный кодон, и трансляция продолжается мимо этой тройки.В мутации amber кодон дикого типа заменяется на обрывающий цепь бессмысленный кодон UAG. Сам по себе UAG приведет к преждевременное срезание белка в соответствующей позиции. В супрессорная мутация в этом случае продуцирует тРНК Tyr с антикодон, который распознает мутантный стоп-кодон UAG. Подавленный мутант таким образом, в этом положении в белке содержится тирозин.

Рисунок 10-38

(a) Прекращение перевода. Здесь аппарат трансляции не может пройти мимо бессмысленного кодона (в данном случае UAG), потому что нет тРНК, которая могла бы распознать триплет UAG.Это приводит к прекращению синтеза белка и последующему высвобождению (подробнее ...)

Что происходит с нормальными сигналами завершения на концах белков в наличие подавителя? Многие из сигналов естественного завершения состоят из двух сигналов обрыва цепи подряд. Подавители бессмыслицы достаточно неэффективен при трансляции через триплеты, завершающие цепочку, из-за конкуренции с факторами выпуска вероятность подавление двух кодонов подряд невелико.Следовательно, очень мало белка копии, которые несут много посторонних аминокислот, полученных в результате трансляции за пределами естественного стоп-кодона продуцируются.

Обзор синтеза белка

резюмирует шаги в синтез белка рассматривается в этом разделе. Прямая визуализация белка синтез можно увидеть на электронной микрофотографии, показанной на, которая показывает одновременную транскрипцию и трансляция гена в E. coli.

Рисунок 10-39

Транзакции рибосомы.При инициации рибосома распознает начальную точку в сегменте мРНК и связывает молекула тРНК, несущая одну аминокислоту. Во всех бактериальных белков, эта первая аминокислота N -формилметионин. При удлинении (подробнее ...)

Рисунок 10-40

Одновременно транскрибируется ген E. coli и перевел. (Электронная микрофотография О. Л. Миллера-младшего и Барбара А. Хамкало.)

Процессинг белка

Даже после того, как мРНК была успешно транслирована в ее белковый продукт, обработка может продолжаться.Например, мембранные белки или белки, которые секретируемые из клетки синтезируются с коротким лидерным пептидом, называемым сигнальная последовательность, в амино-концевой (N-концевой) конец. Эта сигнальная последовательность составляет от 15 до 25 аминокислоты, большинство из которых гидрофобны. Это позволяет распознавать по факторам и белковые рецепторы, которые опосредуют транспорт через клеточную мембрану; в этом процесса сигнальная последовательность расщепляется пептидазой (). (Подобное явление наверняка существует секретируемые бактериальные белки.) Кроме того, несколько небольших пептидных гормонов, такие как кортикотропин (АКТГ), возникают в результате специфического расщепления одного, большой предшественник полипептида.

Рисунок 10-41

Сигнальные последовательности. Белки, предназначенные для секретирования из клетки, имеют амино-концевую последовательность, богатую гидрофобными остатками. Эта сигнальная последовательность связывается с мембраной и привлекает остаток белка через липидный бислой. Сигнал (подробнее ...)

Сплайсинг белков

Необычный процесс, при котором происходит сплайсинг внутреннего сегмента определенных белков. был описан у множества организмов, включая прокариот и эукариоты.Этот внутренний сегмент называется промежуточным белком .

0 comments on “Биосинтез белка поэтапно: 1. Синтез белков в клетке

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *