Лекция по общей биологии

Лекция № 11 Тема: Биологический синтез белков: характеристика процессов. Базовые   понятия   и   термины:    пластический обмен, транскрипция, генетический код, трансляция. обмен веществ, метаболизм, План лекции: 1. Биологический синтез белков: характеристика процессов. 2. Свойства генетического кода. 3. Механизм синтеза полипептидной цепи на рибосоме. Содержание лекции: 1. Биологический синтез белков: характеристика процессов. Одним из важнейших процессов, протекающих в клетке, является синтез белков. Каждая клетка содержит тысячи белков, в том числе и присущих только данному виду клеток. Биосинтез белка – это создание молекул белка на основе информации о последовательности аминокислот в его первичной структуре, заключенной в структуре ДНК. Ген –   участок   ДНК,   в   котором   содержится   информация   о   первичной структуре одного белка. Информация о первичной структуре белка находится в ядре и “записана” в  виде последовательности нуклеотидов ДНК. Образуется последовательность: ДНК —> РНК —> белок. Для синтеза белка информацию, которая содержится в молекуле ДНК, надо перевести в последовательность соединенных между собой аминокислот. Для этого используются молекулы РНК.  Транскрипция – биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК. Сначала в результате транскрипции информация о последовательности аминокислот в белке переносится на информационную РНК. В состав РНК входит только четыре типа нуклеотидов (аденин, урацил, гуанин и цитозин), а в состав белков входят двадцать аминокислот. Поэтому каждая аминокислота кодируется   с   помощью   трех   нуклеотидов.   Такая   тройка   (триплет) нуклеотидов, которая соответствует определенной аминокислоте, называется кодоном.  Набор   сочетаний   из   трех   нуклеотидов,   кодирующих   20   типов аминокислот, входящих в состав белков, называют генетическим кодом.                             Суть  генетического   кода  заключается  в  том, что  последовательность расположения нуклеотидов в ДНК и в иРНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Носителем генетической информации является   ДНК,   но   так   как   непосредственное   участие   в   синтезе   белка принимает иРНК, то генетический код записан на “языке” РНК. 2.Свойства генетического кода: 1.   Код   «врожден» т.е.   одна   аминокислота   может   кодироваться несколькими триплетами. 2. Код специфичен – один триплет всегда обозначает только одну аминокислоту. 3.   Код   универсален   –   для   всех   живых   организмов,   что свидетельствует о единстве происхождения всех живых организмов. 4.   Один   нуклеотид   не   может   одновременно   входить   в   состав соседних триплетов. 5. Код не имеет знаков препинаний, и если один нуклеотид выпадает из тройки, то его место занимает ближайший нуклеотид из соседней тройки.                                           Возможных   вариантов   триплетов   64,   а   аминокислот   ­   20.   Поэтому большинству аминокислот соответствует по несколько триплетов (в теории информации   такие   коды   называют   вырожденными),   но   каждый   триплет кодирует только одну аминокислоту (т.е.  код однозначен). Границы между триплетами  специальными  средствами в генетическом коде не отражаются (код непрерывный). Кроме того, три кодона генетического кода аминокислот не кодируют. Они обозначают конец процесса трансляции (так называемые стоп­кодоны).   Одной   из   важнейших   особенностей   генетического   кода является то, что он универсален ­ одинаковый для всех живых организмов. Следующим   после   транскрипции   этапом   синтеза   белка   является трансляция.  Трансляция – это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот синтезируемого белка.  Во   время   трансляции  информация   с   и­РНК   переводится   в последовательность   аминокислот   синтезируемого   белка   соответствии   с генетическим кодом. Происходит этот процесс в рибосомах. Начинается он с первого старт­кодона, который одинаков для всех и­РНК. Это кодон АУГ, кодирующий   аминокислоту   метионин.   Субъединицы   рибосомы   распознают его   и   присоединяются   к   нему.   Транспортная   РНК,   которая   отвечает   за транспорт   метионина   (всего   существует   20   типов   т­РНК   по   количеству аминокислот), подходит к рибосоме и взаимодействует со старт­кодоном с помощью   своего  антикодона   УАЦ.  После   этого   с   помощью   собственных белков­моторов и цитоскелета рибосома перемещается вдоль и­РНК на один триплет. К следующему триплету присоединяется соответствующая т­РНК со второй   аминокислотой,   и   между   ней   и   метионином   образуется   пептидная связь. Все эти  процессы  происходят  с затратами энергии. Далее  рибосома движется к следующему триплету, и процесс повторяется. Длится до того момента, пока рибосома не дойдет до стоп­кодона, после чего процесс трансляции завершается. На   одной   информационной   РНК   могут одновременно   размещаться   несколько   рибосом,   образуя  полисому.  Это позволяет синтезировать белки немного быстрее. Общая схема биосинтеза белка: 3.Механизм синтеза полипептидной цепи на рибосоме: Молекулы Роль в биосинтезе Информационная РНК (иРНК) Является матрицей Транспортная  РНК (тРНК) Обеспечивает перенос  аминокислот из  цитоплазмы Процессы в рибосомах Обеспечивает закодированную  последовательность мономеров в  полипептидной цепи Доставляет аминокислоты в  рибосомы Белки­ ферменты АТФ Катализируют  образование  химических связей Обеспечивает  биосинтез энергией Катализируют возникновение  пептидных связей между  аминокислотами в процессе  образования полипептида Обеспечивает энергией образование  пептидных связей После   окончания   синтеза   может   происходить   процесс  созревания белка. В ходе этого процесса некоторые участки белков могут вырезаться специальными   ферментами,  белок   может   изменять   свою   конформацию, объединяться с другими белками или присоединять к себе небелковую часть. Контроль знаний и умений:  Дать ответы на вопрос:    1.  Как вы понимаете утверждение: «Генетический код универсален для всех живых организмов на нашей планете»? 2. Решение биологической задачи: 1. Участок гена имеет такую последовательность нуклеотидов: ТТТ   ­   ТАЦ   –   АЦА   –   ТГТ   –   ЦАГ.   Определите   последовательность нуклеотидов   иРНК   и   последовательность   аминокислот   в   белковой молекуле, которая синтезируется под контролем этого гена.         Домашнее задание: пересказ конспекта, проработать Л.1. стр. 58­71