БИОСИНТЕЗ БЕЛКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО БИОЛОГИИ ДЛЯ 10 КЛАССОВ Авторы: Белоусов Д.Л., Приймак Т.В., МОУ «Лицей 13»

Генетическая информация хранится в ДНК и передается от клетки к клетке, а реализуется благодаря транскрипции в РНК и трансляции в белок. Процессы транскрипции и трансляции, вместе с реакцией самоудвоения ДНК – репликацией относят к реакциям матричного синтеза, т.е. с использованием матрицы (лат. «матка»). При синтезе ДНК, иРНК и тРНК - матрица – одна из цепей ДНК. Для синтеза белка необходимы две реакции матричного синтеза: транскрипция (лат. «переписывание» – синтез иРНК на матрице ДНК) и трансляция (лат. «передача, перевод» - синтез полипептидных цепей белка на матрице иРНК). ДНК репликация ДНК транскрипция РНК трансляция белок Транскрипция возможна и от РНК к ДНК с помощью фермента «ревертазы» ( у РНК – содержащих вирусов ). Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии – матричный синтез

Биосинтез белка сложный многостадийный процесс синтеза пппп оооо лллл ииии пппп ееее пппп тттт ииии дддд нннн оооо йййй ц ц ц ц ееее пппп иииииз а а а а а мммм ииии нннн оооо кккк ииии сссс лллл оооо тттт нннн ыыыы ххххостатков, происходящий на рррр ииии бббб оооо сссс оооо мммм аааа хххх клеток живых организмов с участием м м м м м оооо лллл ееее кккк уууу лллл мммм РРРР НННН КККК и т т т т т РРРР НННН КККК.

Схема биосинтеза Процесс биосинтеза белка состоит из трех стадий: транскрипции (синтез иРНК), сплайсинга («созревание» иРНК) и трансляции (биосинтез первичного белка). Транскрипция и сплайсинг протекают в ядре, а трансляция – в цитоплазме. В трансляции принимают участие тРНК, доставляющие аминокислоты к месту сборки белковой молекулы.

Схема биосинтеза белка р - промотр

Примерная схема транскрипции

Ф гтф GF Т А Ц Г ГЦ. АТ. ф АУГЦ Процесс транскрипции состоит из 3 стадий: инициации, элонгации и терминации. Для начала транскрипции необходимы: фермент РНК- полимераза, фактор транскрипции (GF) и ГТФ. Фермент связывается с GF и присоединяется к промотору – специальному участку ДНК. К этому комплексу присоединяется ГТФ и происходит раскручивание ДНК. Фермент двигается вдоль одной из цепей ДНК, присоединяя комплементарные нуклеотиды, образующейся иРНК. Дойдя до терминатора, РНК-полимераза присоединят TF и отщепляется от ДНК. Транскрипция TF и РНК

Общая схема транскрипции

Регуляция транскрипции Для включения и выключения разных оперонов в процессе эволюции сформировалось несколько систем. Чаще всего с операторной областью связан регуляторный белок –репрессор, который мешает продвижению РНК-полимеразы вдоль ДНК, и транскрипция блокируется. Однако если с репрессором связывается некое низкомолекулярное вещество (эффектор), то его форма (конформация) изменяется таким образом, что он связаться с операторной областью не может и транскрипция возобновляется. Для ускорения или замедления скорости транскрипции существуют белки- активаторы. При связывании его с оператором ускоряется перемещение РНК-полимеразы, а при соединении с эффектором он становится неактивным и скорость транскрипции замедляется.

Полиаденилирование заключается в присоединении к 3'-концу транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, осуществляемом специальным ферментом poly(A)-полимераза. После полиаденилирования мРНК подвергается удалению интронов. Процесс катализируется сплайсосомой и называется сплайсингом. транскрипта ферментомсплайсосомойтранскрипта ферментомсплайсосомой Полиаденилирование

Слайсинг Полученная при транскрипции иРНК называется незрелой, т.к. содержит участки – интроны, не несущие никакой информации о строении данного белка. В ядре эти участки вырезаются специальным ферментом (сплайсосомой) или самостоятельно самой иРНК. Этот процесс изучил и описал амер. биохимик Томас Чек (Ноб. премия 1982 г.). Оставшиеся участки – экзоны сшиваются в зрелую иРНК, к которой в цитоплазме присоединяются субъединицы рибосом.

Транскрипция

ЭкзонИнтронЭИЭИ Незрелая и РНК Ф Зрелая и РНК Сплайсосома - крупный комплекс белков и малых ядерных РНК (мяРНП – малые рибонуклеопротеиды), который из незрелой иРНК вырезает интроны и способствует сшиванию экзонов. Работающие сплайсосомы имеют вид бусин на цепях иРНК, отходящих вверх и вниз от горизонтально расположенной цепи ДНК.

Механизм сплайсинга

Трансляция После удаления интронов иРНК становится «зрелой» и переносится в цитоплазму. Там с ней связываются рибосомы, которые одна за другой двигаются вдоль иРНК и при участии молекул тРНК синтезируют первичную цепь белка из аминокислот согласно информации, записанной в кодирующем участке иРНК. По прошествии некоторого времени иРНК разрушается под действием ферментов – рибонуклеаз. Первым подвергается деградации хвост poly (А), который присоединяется к иРНК в процессе транскрипции и не удаляется при сплайсинге.

Субъединицы рибосом присоединяются к иРНК только в процессе трансляции, образуя рибосому, которая продвигается вдоль иРНК и синтезирует первичный белок. После синтеза белка рибосома распадается на субъединицы. Трансляция, как и транскрипция состоит из трех последовательных процессов: инициации, элонгации и терминации.

Трансляция

Первый этап инициации FI иРНК мет Малая рибосомная субъединица присоединяется к иРНК, а затем к этому комплексу присоединяется инициаторная тРНК (Мет-тРНК) в комплексе с ферментом FI (фактор инициации) и ГТФ, т.к. любой белок начинает синтезироваться с метионина. ГТФ

Второй этап инициации АУГ Р А Полученный комплекс продвигается по иРНК, пока антикодон УАЦ Мет- тРНК не спарится со старт-кодоном АУГ иРНК. Далее к комплексу (иРНК – малая субъединица – мет-тРНК) присоединяется большая субъединица и образуется комплекс инициации. FI теряет сродство с мет-тРНК и уходит, а мет-тРНК перемещается в Р участок малой субъединицы, в результате чего участок А становится вакантным.

Инициация трансляции

ЭЛОНГАЦИЯ Процесс элонгации включает образование пептидных связей между соседними аминокислотами, при этом очередность присоединения аминокислот определяется очередностью кодонов в иРНК. АУГ ААА ГУЦ ВАЛ МЕТ ЛИЗ После образования инициатор- ного комплекса кодон в молекуле иРНК, следующий за кодоном АУГ, спаривается с комплементарным ему антикодоном соответствующей тРНК, а между карбоксильной группой метионина и аминогруппой следующей аминокислоты с помощью ферментативной активности, присущей большой субъединице, образуется пептидная связь. Метионин отсоединяется от инициаторной тРНК, которая отделяется от рибосомы, «протягивая» последнюю на 1 кодон по иРНК. После образования инициатор- ного комплекса кодон в молекуле иРНК, следующий за кодоном АУГ, спаривается с комплементарным ему антикодоном соответствующей тРНК, а между карбоксильной группой метионина и аминогруппой следующей аминокислоты с помощью ферментативной активности, присущей большой субъединице, образуется пептидная связь. Метионин отсоединяется от инициаторной тРНК, которая отделяется от рибосомы, «протягивая» последнюю на 1 кодон по иРНК.

Элонгация продолжается до тех пор, пока рибосома не дойдет до кодона УАА, УАГ, УГА (стоп-кодон, терминирующий кодон). В клетке нет тРНК с соответствующими антикодонами, но их узнают белковые факторы терминации (TF), которые связываются с рибосомой, вызывая гидролиз связей между последней тРНК и полипептидной цепью, рибосомой и иРНК. Рибосома диссоциирует на субъединицы, которые вновь могут участвовать трансляции.

На одной иРНК «работают» несколько рибосом. Такой комплекс называется полисома. После завершения синтеза иРНК распадается на нуклеотиды. Весь цикл процессов, связанных с синтезом одной белковой молекулы, занимает в среднем 1-3 с. Полисома из печени содержит 12 рибосом, которые выглядят темными пятнами. А цепочка иРНК на снимке не видна.

Готовая белковая молекула затем отщепляется от рибосомы и транспортируется в нужное место клетки. Для достижения своего активного состояния некоторые белки требуют дополнительной посттрансляционной модификации. клеткипосттрансляционной модификацииклеткипосттрансляционной модификации

Контрольный тест 1. При биосинтезе белка в клетках эукариот происходит: а)транскрипция и трансляция - в ядре; б)транскрипция - в ядре, трансляция – в цитоплазме; в)транскрипция и трансляция в цитоплазме. 2. Инициирующий кодон иРНК: а)УАА, б)ААГ, в)АУГ, г)АУА, д)УУУ 3. Транскрипция – это: а) «узнавание» аминокислоты тРНК; б)синтез иРНК; в)образование полипептида. 4. При трансляции внутри рибосомы одновременно находится участок иРНК, равный: а)трем нуклеотидам; б)одному кодону; в)шести нуклеотидам; г)шести кодонам. 5. Кодону АУА комплементарен антикодон: а)ЦАЦ, б)ТАТ, в)ГТГ, г)УАУ

6. Что является матрицей при транскрипции? А)кодирующая цепь ДНК; б) иРНК; в)обе цепи ДНК гена. 7. Что необходимо для транскрипции? А)АТФ, б)ГТФ, в)кодирующая цепь ДНК, г)рибосома, д)РНК-полимераза, е)нуклеотиды, ж)тРНК. 8. С какой аминокислоты начинается синтез любой полипептидной цепи в рибосоме? А)аспарагин, б)метионин, в)цистеин, г)глицин. 9. Что является матрицей для трансляции? А)цепь ДНК, б)иРНК, в)тРНК, г)рРНК. 10. Процесс «созревания» иРНК после биосинтеза на ДНК называется … 11. Как называется третий этап трансляции? 12. Интрон – это …… ЭТАЛОН

ЭТАЛОН ОТВЕТОВ К КОНТРОЛЬНОМУ ТЕСТУ 1 – Б; 2 – В; 3 – Б; 4 – В; 5 – Г; 6 – А; 7 – Б,В,Д,Е; 8 – Б; 9 – Б; 10 – Сплайсинг; 11 – Терминация; 12 – Участок «незрелой» иРНК, не несущий никакой информации о строении белка.