72464

Биосинтез белка

Лекция

Биология и генетика

Ген - функциональная единица наследственности представляющая собой участок молекулы ДНК содержащей информацию о синтезе молекулы белка или РНК и обеспечивающей возможность развития определенных признаков организма.

Русский

2014-11-22

93 KB

6 чел.

Лекция № 3

     Тема «Биосинтез белка»

План:

  1.  Ген и его роль в биосинтезе белка.
  2.  Общая характеристика биосинтеза белка.
  3.  Основные этапы биосинтеза белка.
  4.  Роль ферментов в биосинтезе белка.

Ген и его роль в биосинтезе белка.

Ген – функциональная единица наследственности, представляющая собой участок молекулы ДНК, содержащей информацию о синтезе молекулы белка или РНК и обеспечивающей возможность развития определенных признаков организма.

Гены про- и эукариотов имеют различное строение.

Ген прокариотов представляет собой цитрон – полностью считываясь на всем протяжении, единица наследственности, определяющая наследственность аминокислот в белковой молекуле. Цитрон подразделяется на предельно малые единицы – реконы, способные к рекомбинации при кроссинговере. Кроме того, выделяют понятие мутон – это наименьшая часть гена, способная к мутированию. Размеры рекона и мутона могут ровняться одной или нескольким парам нуклеотидов, цитрона – сотням и тысячам нуклеотидов.

Гены эукариотов имеют сложную мозаичную структуру. В них информативные участки чередуются с неинформативными. Первые называют экзоны, вторые – интроны.

Экзоны – функциональная часть гена, т.е. информативная последовательность нуклеотидов, кодирующая синтез молекулы белка или РНК.

Интрон – неинформативная последовательность нуклеотидов внутри одного гена. Выполняет цементирующую функцию. Включение интронов в ген делает его протяженной единицей. Размер интронов от 10 до 10 тыс. нуклеотидных пар.

Совокупность генов, характерных для гаплоидного набора хромосом называется – геном. Молекула ДНК в геноме выполняет различные функции, поэтому они имеют различное название. Последовательности нуклеотидных пар, несущие информацию о структуре молекул белка или РНК. Кроме этих генов, существуют последовательности, не имеющие кодирующих функций, но управляющие работой структурных генов. С помощью присоединения к себе различных факторов. Это так называемые гены, регуляторные.

Среди структурных генов выделяют 3 группы:

  1.  гены, функционирующие во всех клетках (напр., гены, контролирующие энергетический обмен и синтез важнейших макромолекул);
  2.  гены, функционирующие только в тканях одного типа (синтез миозина в мышцах);
  3.  гены, активные в узкоспециализированных клетках (контролирующие синтез гемоглобина в эритроцитах, гормонов – в клетках эндокринных желез).

Функциональные гены  подразделяются на следующие группы:

  1.  промотор – участок ДНК, включающий 80-90 НП, способность соединяться с ферментом полимеразой и определяет начало считывания информации;
  2.  оператор – включает в работу группу структурных генов, вместе с которыми образует оперон. Оператор обладает химическим сродством с белком-репрессором;
  3.  регулятор – участок ДНК, кодирующий синтез белка-репрессора;
  4.  терминатор – нуклеотидная последовательность, которая определяет конец считывания наследственной информации.

Все названные гены обладают общими свойствами репликации, транскрипции, мутации, рекомбинации, репарации.

Репликация (самоудвоение) происходит перед каждым нормальным делением клетки в период интерфазы. При этом из одной молекулы ДНК (двуцепочечной) образуются две идентичные друг другу молекулы. Процесс начинается с разрыва связей между азотистыми основаниями, образуются две одноцепочечные структуры. Затем, к обоим целям пристраиваются комплементарные нуклеотиды и с помощью ферментов связываются в единую молекулу.

Транскрипция – переписывание наследственной информации с ДНК.

Мутация – внезапное, скачкообразное изменение генотипа (нарушение структуры гена) под воздействием факторов среды.

Рекомбинация – обмен идентичными участками между аллелями в результате кроссинговера.

Репарация – способность клеток восстанавливать поврежденные участки ДНК с помощью специальных ферментов.

Единицей реализации наследственной информации является транскриптон, включающий совокупность структурных и функциональных генов. Начинается транскриптон с генов, определяющих скорость транскрипции. Далее расположен просмотор, затем ген оператор. За оператором следует группа структурных генов. Последний участок транскриптона – ген – терминатор.

Транскриптон = Скорость-Промотор-Оператор-Структурные гены-Терминатор.

Общая характеристика биосинтеза белка.

Роль нуклеиновых кислот в процессе передачи наследственной информации.

Биосинтез белков в клетках представляет собой начальный этап реализации, или экспрессии генетической информации. В основе биосинтеза единичного белка лежит последовательность реакций матричного типа, в ходе которых последовательная передача наследственной информации с одного типа молекул на другой приводит к образованию полипептидов с генетически обусловленной структурой.

В биосинтезе белков принимают участие разнообразные вещества и структуры: ДНК, мРНК, тРНК, рибосомы, разнообразные ферменты, источники энергии (АТФ и ГТФ), а также нуклеотиды (точнее, рибонуклеотиды) и аминокислоты.

Двухспиральная, или двухцепочечная ДНК является основным носителем генетической информации. В частности, ДНК содержит информацию о структуре белков. Отражение структуры белков с помощью последовательностей нуклеотидов ДНК называется кодом ДНК, или генетическим кодом – принцип «записи» информации о последовательности аминокислот в полипептидной цепи в виде последовательности нуклеотидов. Благодаря генетическому коду устанавливается однозначное соответствие между нуклеотидными последовательностями ДНК и аминокислотами, входящими в состав белков. При биосинтезе белков единицей генетического кода является триплет ДНК – последовательность из трех пар нуклеотидов (точнее, дезоксирибонуклетотидов) в двухцепочечной ДНК или последовательность из трех нуклеотидов в единичной цепи ДНК. Одна из цепей ДНК называется кодирующей (+), и её триплеты называются кодонами. Другая, комплементарная цепь ДНК называется антикодирующей (–), и её триплеты называются антикодонами.

Генетический код обладает рядом особенностей:

Код «вырожден», т.е. одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами.

Код не перекрывается, т.е. один нуклеотид не может одновременно входить в состав соседних триплетов.

Код не имеет знаков препинания, и если один нуклеотид выпадет из тройки, то его место займет ближайший нуклеотид из соседней тройки.

У всех живых организмов одинаковые триплеты кодирует одинаковые аминокислоты, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых организмов.

Матричная, или информационная РНК является посредником в передаче генетической информации и служит матрицей для синтеза полипептида на рибосомах. Каждая молекула мРНК синтезируется на матрице антикодирующей цепи ДНК из отдельных нуклеотидов (рибонуклеотидов) в соответствии с правилами комплементарности (А → У; Т → А; Г → Ц; Ц → Г ). В результате образуется последовательность триплетов, отражающая структуру кодирующей цепи ДНК. Таким образом, триплеты мРНК являются кодонами.

Основные этапы биосинтеза белка.

Синтез белка осуществляется в рибосомах. В процессе биосинтеза различают несколько этапов: транскрипция, процессинг, активация и транспорт аминокислот, трансляция.

При транскрипции генетическая информация, заключенная в молекуле ДНК, переписывается по принципу комплементарности в молекуле гя-РНК: процесс идет при участии ферментов и регулярных белков. Фермент полимераза связывается с геном  промотором и начинает расплавлять  Н-связи  в молекуле ДНК в направлении 5 - 3. При этом  к каждой  свободной связи  сразу же присоединяется нуклеотид молекуле РНК. При помощи ферментов нуклеотиды соединяются между собой, отщепляя полученную  РНК от ДНК. Таким  образом, синтезируется гя-РНК, которая является  первичным  транскриптом, несущим как информативные гены, так и неинформативные участки.  Заканчиваетя   транскрипция геном терминатором.

Созревание гя-РНК и превращения ее в и-РНК  происходит в ядре в ходе процессинга. Большое  участие в этом  принимает структурный компанент   ядра – сплайсосома.  Сплайсосома охватывает  участок  молекулы РНК  и втягивает  его в виде петли внутрь. При этом  экзонные участки сближаются и  сшиваются ферментом  лигазой.  Затем фермент  рестриктаза отрезает  неинформативный участок. Образуется  и-РНК,  несущая только экзоны. В ходе процессинга происходит еще одно важное событие -  защита концевых  участком  молекулы и-РНК, что обеспечивает ее устойчивость. На одном  конце молекулы присоединяется цепочка, содержащая 150-200 адениновых  нуклеотидов. На другом конце метилированный гуанин  через 3 остатка  фосфорной кислоты соединяется с первым нуклеотидом РНК.

CH3-Г-Р-Р-Р-…………………………………………….……..-А-А-А-….-А.

Образовавшаяся и–РНК в ядре соединяется с малой  субъединицей рибосомы и переходит  в цитоплазму. Активация аминокислот  происходит  с помощью АТФ  путем ее присоединения. Полученный комплекс соединяется с т-РНК при участии ферментов. Образуется  аминоацил-тРНК. Каждая т-РНК имеет акцепторный участок,  к которому присоединяется  аминокислота. В такой форме аминокислота попадает в рибосому.

Трансляция – перевод нуклеотидной  последовательности и-РНК  в полипептидную последовательность белка. Трансляция осуществляется в рибосоме.  Связывание  аминокислот происходит на большой субъединице. Рибосома  имеет два участка для связывания  т-РНК: А–участок -  аминоацильный и П-участок -  пептидильный Это определяет то, что внутри рибосомы в каждый данный момент находится всегда только два кодона и-РНК, один - в А–участке, другой - в П-участке. Рибосома движется относительно и-РНК только в одном направлении, смещаясь на один кодон.

Трансляция включает три этапа: инициация, элонгация и терминация.

1)  начинается   с активации П – участка  инициирующей группой – кодон-инициатор АУГ при участии белка-фактора инициации.

2) Молекула т-РНК, несущая  первую  аминокислоту белковой молекулы, присоединяется  к  комплементарному  ей кодону  А-участка. Рибосома  перемещается  на один кодон вперед, и первая т-РНК оказывается в П-уч, а к новому кодону А–участка присоединяется  следующая  т-РНК, несущая вторую аминокислоту. Затем  между  аминокислотами  возникает  пептидная связь и образуется дипептид. Одновременно  разрушается связь  между первой аминокислотой и ее т-РНК, которая удаляется,  а дипептид становится  связанным  только  со второй  т-РНК. Рибосома перемещается еще  на один кодон. Комплекс т–РНК – дипептид  перемещается  в П – участок ,  а к кодону А–участка присоединяется третья  т-РНК. Это происходит  до тех пор, пока путем последовательного  присоединения аминокислот не будет построена вся полипептидная цепь.

3) Сигналом к окончанию  синтеза  является  приход  в А–участок  нонсенс- кодона,  т.к. не существует ни одного кодона который бы  к нему присоединился.

Таким образом,  в результате трансляции образуется  линейным полипептид - первичная структура белковой молекулы. Это, как правило,  неактивная  молекула. Созревание  белковой молекулы и приобретение активной  формы происходит  в цитоплазме или каналах  шероховатой ЭПС.

Роль ферментов в биосинтезе белка.

Роль ферментов в биосинтезе белка. Не следует забывать, что ни один шаг в процессе синтеза белка не идет без участия ферментов. Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами. Синтез и-РНК ведет фермент, который "ползет вдоль молекулы ДНК от начала гена до его конца и оставляет позади себя готовую молекулу и-РНК. Ген в этом процессе дает только программу для синтеза, а сам процесс осуществляет фермент. Без участия ферментов не происходит и соединения аминокислот с т-РНК. Существуют особые ферменты, обеспечивающие захват и соединение аминокислот с их т-РНК. Наконец, в рибосоме в процессе сборки белка работает фермент, сцепляющий аминокислоты между собой.

Контрольные вопросы для закрепления:

  1.  Гены прокариот
  2.  Гены эукариот
  3.  Группы структурных генов
  4.  Группы функциональных генов
  5.  Свойства генов
  6.  Роль нуклеиновых кислот в процессе передачи наследственной информации
  7.  Свойства генетического кода
  8.  Этапы биосинтеза белка
  9.  Этапы трансляции
  10.  Роль ферментов в биосинтезе белка

Рекомендуемая литература

Основная:

Биология. В 2 кн. Кн. 2: Учеб. для спец. вузов/ В.Н.Ярыгин, В.И.Васильева, И.Н.Волков, В.В.Синельщикова; Под ред. В.Н.Ярыгина.- 2-е изд., испр.- М.: Высш. шк., 2008.

Биология с общей генетикой. Слюсарев А.А. изд. 2-Е, М.: Медицина, 2007

Дополнительная:

Биология . Пособие для пост, в ВУЗы биол.-мед. профиля. -М.: Школа-Пресс, 2008.

Гилберт С. Биология развития: в 3 т. / Пер. с англ. - М.: Мир, 2008.

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3 т. / Пер. с англ. - М. : Мир, 2009.

Богданова Т.Л. Биология: задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. - М.: Высшая школа, 2008.

Морозов Е.И., Тарасевич Е.И., Анохин B.C. Генетика в вопросах и ответах. - Минск, 2007.

Пехов А.П. Биология. Медицинская биология, генетика и паразитология. Учебник. Изд.2-е, испр. и доп.- М.: РУДН, 2007.- 664с.: ил.

Дж. Харрисон и др. Биология человека //самая полная электронная библиотека книг:   URL: http://bankknig.com/knigi/63750-biologiya-cheloveka.html (дата обращения 23.12.2010)

Хен Ю.В. Усовершенствование человека (евгеника) как проблема биоэтики. // всемирный философский конгресс: URL: http://www.congress2008.dialog21.ru/Doklady/21811.htm (дата обращения 23.12.2010)

Биология и генетика пола // Генетика: URL: http://www.twirpx.com/files/medicine/genetics/(дата обращения 23.12.2010)

Щербо С.Н. Генодиагностика в современной лаборатории // Этапы развития генодиагностики. Преимущества в использовании нуклеиновых кислот для диагностики. Молекулярно-генетические методы диагностики: URL: http://www.twirpx.com/file/297399/ (дата обращения 23.12.2010)

Строение хромосом // Конспекты лекций, учебные пособия: URL: http://www.twirpx.com/file/329582/ (дата обращения 23.12.2010)

Презентация - ФКУ PPTX // Конспекты лекций, учебные пособия: URL:  http://www.twirpx.com/file/286669/ (дата обращения 23.12.2010)

Хромосомные болезни пола (синдром Тернера, синдром трисомии X) // Конспекты лекций, учебные пособия:  URL: http://www.twirpx.com/file/113781/(дата обращения 23.12.2010)

Тесты по медицинской биологии и общей генетике // Конспекты лекций, учебные пособия:  URL: http://www.twirpx.com/file/266378/ (дата обращения 23.12.2010)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9527. Принцип Оккама. Канон Ллойда - Моргана. Основы синтетической теории эволюции 26 KB
  Принцип Оккама. Канон Ллойда - Моргана. Основы синтетической теории эволюции. Бритва (лезвие) Оккама - методологический принцип, получивший название по имени английского монаха-францисканца, философа-номиналиста Уильяма Оккама. В упрощенном виде о...
9528. Кіммерійці, скіфи, сармати та інші народи на українських землях 46.5 KB
  Кіммерійці, скіфи, сармати та інші народи на українських землях. Бронзовий вік в Україні був завершальною стадією первіснообщинного ладу. В ньому поступово визріли передумови для виникнення станово-класових відносин, які утвердилися в часи патріар...
9529. Информатика и информация. Дискретная и аналоговая информация. 370 KB
  Лекция № 1: Информатика и информация. Понятие информация Понятие информация является базовым в курсе информатики. В переводе с латинского оно означает сведение, разъяснение, ознакомление. Информатика - это комплексная, техническая наука, кото...
9530. Технические средства обработки информации Основные характеристики модулей ПК 330.5 KB
  Лекция № 2: Технические средства обработки информации Основные характеристики модулей ПК Персональные компьютеры обычно состоят из следующих основных модулей: системный блок Блок питания Материнская плата Процессор Памя...
9531. Устройства вывода информации 632.5 KB
  Устройства вывода информации. 1. Видеосистема. Видеосистема предназначена для отображения обрабатываемой информации на экран. Она состоит из монитора и специального устройства, называемого видеоадаптером или видеокартой. 1.1 Мониторы на основе ЭЛТ...
9532. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 219.5 KB
  Тема № 4: Программное обеспечение Назначение и классификация Программное обеспечение (ПО, software) представляет собой набор специальных программ, позволяющих организовать обработку информации с использованием ПК. Поскольку без ПО функционирование...
9533. Информационные технологии. Искусственный интеллект 548.5 KB
  Информационные технологии Искусственный интеллект Понятие искусственного интеллекта и классификация его основных направлений Искусственный интеллект (ИИ) - это научная дисциплина, возникшая в 50-х гг 20-го века на стыке кибернетики, лингвисти...
9534. Алгоритмизация и программирование 154.5 KB
  Алгоритмизация и программирование Понятие алгоритма Понятие алгоритма такое же основополагающее для информатики, как и понятие информации. Именно поэтому важно в нем разобраться. Название алгоритм произошло от латинской формы имени величайшего сре...
9535. Телекоммуникации и сети Передача информации 407.5 KB
  Телекоммуникации и сети Передача информации Обмен информации производится по каналам передачи информации. Каналы передачи информации могут использовать различные физические принципы. Например, при общении людей информация передается с помощью звуков...