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

2661. Нотаріус. Особливості професії 36 KB
  Нотаріус Професія нотаріуса з’являється в ті давні часи, коли на зміну усному доказу приходить доказ письмовий, як більш об’єктивний, переконливий, надійний. Нотаріус стає центральною постаттю в створенні письмових доказів, надаючи докумен...
2662. Бухгалтерський облік в Україні 91.5 KB
  Бухгалтерський облік в Україні: завдання, вимоги, стандарти. Завдання бухгалтерського обліку Господарська діяльність кожного виробничо-комерційного підприємства базується на найбільш раціональному використанні матеріальних і грошових ресурсів,...
2663. Микропроцессоры и микро-ЭВМ 166.7 KB
  Целью изучения дисциплины “Микропроцессоры и микро-ЭВМ” является формирование у студентов знания общей методологии, а также конкретных методов проектирования основных разновидностей современных микропроцессорных средств. Необходимо...
2664. Экология как наука. Предмет и задачи экологии 237 KB
  Предмет и задачи экологии. Предмет экологии – совокупность связей между организмом и средой. Экология – наука изучающая взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом. Сюда относятся и все условия существования, как неорганиченные...
2665. Социальная психология. Особенности предмета исследования социально психологии 1.8 MB
  Настоящее издание предпринято через восемь лет после последнего выхода учебника в свет. Как минимум два обстоятельства потребовали существенных изменений. Прежде всего, это значительные изменения в самом предмете исследования, т.е. в социально-психо...
2666. Биоэнергетика – альтернативное моторное топливо 1.39 MB
  Мир вступает в эру биоэкономики, т. е. экономики, основанной на биотехнологиях, использующих возобновляемое сырье для производства энергии и материалов. Международная энергетическая ассоциация (IEA) прогнозирует, что к 2030 г. производство биотоплив...
2667. Основы стандартизации как инструмента обеспечения качества 441.5 KB
  Стандартизация является инструментом обеспечения качества продукции, работ и услуг – важного аспекта многогранной коммерческой деятельности. Проблема качества актуальна для всех стран независимо от зрелости их рыночной экономики. Чтобы стать уч...
2668. Исследование характеристик конструкционных материалов 145.5 KB
  Диаграмма состояния железо-цементит. Проведена вертикальная линия соответствующая 0,2% содержания углерода. Точки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 соответствуют изменениям сплава при медленном охлаждении. На промежутке от точки 1 до 2, сплав...
2669. Основы общей психологии 1.51 MB
  Классический труд С.Л. Рубинштейна Основы общей психологии относится к числу наиболее значительных достижений отечественной психологической науки. Широта теоретических обобщений в сочетании с энциклопедическим охватом исторического и экспериментал...