94408

Пластический обмен. Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза

Доклад

Биология и генетика

Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза. Пластический обмен совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот жиров из глицерина и жирных кислот примеры биосинтеза в клетке.

Русский

2015-09-13

32.69 KB

1 чел.

Пластический обмен. Биосинтез белков. Особенности реакций матричного синтеза.

Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Синтез белков из аминокислот, жиров из глицерина и жирных кислот — примеры биосинтеза в клетке. Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене.

Биосинтез белков

Биосинтез белков является важнейшим процессом анаболизма. Все признаки, свойства и функции клеток и организмов определяются в конечном итоге белками. Белки недолговечны, время их существования ограничено. В начале 50-х гг. ХХ в. Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок. Участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка, называется геном. В процессе биосинтеза белка выделяют два основных этапа: транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК (гена) — и трансляция — синтез полипептидной цепи.

Генетический код — система записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде последовательностью нуклеотидов ДНК или РНК. В настоящее время эта система записи считается расшифрованной.

Свойства генетического кода:

  1.  триплетность: каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов (триплетом, кодоном);
  2.  однозначность (специфичность): триплет соответствует только одной аминокислоте;
  3.  вырожденность (избыточность): аминокислоты могут кодироваться несколькими (до шести) кодонами;
  4.  универсальность: система кодирования аминокислот одинакова у всех организмов Земли;
  5.  неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов;
  6.  из 64 кодовых триплетов 61 — кодирующие, кодируют аминокислоты, а 3 — бессмысленные (в РНК — УАА, УГА, УАГ), не кодируют аминокислоты. Они называются кодонами-терминаторами, поскольку блокируют синтез полипептида во время трансляции. Кроме того, есть кодон-инициатор (в РНК — АУГ), с которого трансляция начинается.

Таблица генетического кода

Первое основание

Второе основание

Третье основание

У(А)

Ц(Г)

А(Т)

Г(Ц)

У(А)

Фен Фен Лей Лей

Сер Сер Сер Сер

Тир Тир — —

Цис Цис — Три

У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц)

Ц(Г)

Лей Лей Лей Лей

Про Про Про Про

Гис Гис Глн Глн

Арг Арг Арг Арг

У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц)

А(Т)

Иле Иле Иле Мет

Тре Тре Тре Тре

Асн Асн Лиз Лиз

Сер Сер Арг Арг

У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц)

Г(Ц)

Вал Вал Вал Вал

Ала Ала Ала Ала

Асп Асп Глу Глу

Гли Гли Гли Гли

У(А) Ц(Г) А(Т) Г(Ц)

* Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда, второй — один из верхнего горизонтального ряда, третий — из правого вертикального.

Реакции матричного синтеза

Это особая категория химических реакций, происходящих в клетках живых организмов. Во время этих реакций происходит синтез полимерных молекул по плану, заложенному в структуре других полимерных молекул-матриц. На одной матрице может быть синтезировано неограниченное количество молекул-копий. К этой категории реакций относятся репликация, транскрипция, трансляция и обратная транскрипция.

Название реакции матричного синтеза

Характеристика процесса

Основные компоненты

Репликация

Синтез ДНК на матрице ДНК

Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты

Транскрипция

Синтез РНК на матрице ДНК

Участок ДНК, рибонуклеозидтрифосфаты, ферменты

Трансляция

Синтез полипептида на матрице РНК

Рибосомы, иРНК, аминокислоты, тРНК, АТФ, ГТФ, ферменты

Обратная транскрипция

Синтез ДНК на матрице РНК

Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты, ферменты

Транскрипция

Транскрипция — синтез РНК на матрице ДНК. Осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

Синтез РНК происходит на одной из двух цепочек ДНК в соответствии с принципами комплементарности и антипараллельности. Строительным материалом и источником энергии для транскрипции являются рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ).

Транскрипция происходят в клеточном ядре. Зрелая иРНК приобретает определенную пространственную конформацию, окружается белками и в таком виде через ядерные поры транспортируется к рибосомам; иРНК эукариот, как правило, моноцистронны (кодируют только одну полипептидную цепь).

Трансляция

Трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК.

Органоиды, обеспечивающие трансляцию, — рибосомы. Синтез белковых молекул может происходить в цитоплазме, на шероховатой эндоплазматической сети, в митохондриях и пластидах. В цитоплазме синтезируются белки для собственных нужд клетки; белки, синтезируемые на ЭПС, транспортируются по ее каналам в комплекс Гольджи и выводятся из клетки. В рибосоме выделяют малую и большую субъединицы.

Для транспорта аминокислот к рибосомам используются транспортные РНК, тРНК. Они имеют третичную структуру, по форме напоминающую лист клевера. В тРНК различают антикодоновую петлю и акцепторный участок. В антикодоновой петле РНК имеется антикодон, комплементарный кодовому триплету определенной аминокислоты, а акцепторный участок на 3'-конце способен с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы присоединять именно эту аминокислоту (с затратой АТФ). Таким образом, у каждой аминокислоты есть свои тРНК и свои ферменты, присоединяющие аминокислоту к тРНК.

1 — антикодон; 2 — участок, связывающий аминокислоту.

Транспорт аминокислот к рибосомам: 1 — фермент; 2 — тРНК; 3 — аминокислота.

Двадцать видов аминокислот кодируются 61 кодоном, теоретически может быть 61 вид тРНК с соответствующими антикодонами. Но кодируемых аминокислот всего 20 видов, значит, у одной аминокислоты может быть несколько тРНК..

Синтез белка начинается с того момента, когда к иРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы, и поступает тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодоном иРНК.

Как только образовалась пептидная связь между аминокислотами, рибосома передвигается на следующий кодовый триплет иРНК. Трансляция идет до тех пор, пока не попадается кодон-терминатор (УАА, УАГ или УГА), с которым связывается особый белковый фактор освобождения. Полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит диссоциация, разъединение субъединиц рибосомы.

Скорость передвижения рибосомы по иРНК — 5–6 триплетов в секунду, на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных остатков, клетке требуется несколько минут.

В трансляции можно выделить три стадии: а) инициации (образование иницаторного комплекса), б) элонгации (непосредственно «конвейер», соединение аминокислот друг с другом), в) терминации (образование терминирующего комплекса).