05. Биосинтез белков в живой клетке

Оглавление:
1. Функции белка
2. Биосинтез белка
2.1. Первооткрыватели биосинтеза белка
2.2. Транскрипция
2.3. Трансляция
3. Проверь себя

Строительная функция.
Белки (протеины) необходимы каждой клетке организма. Белки - структурная основа всех тканей организма. Это основной материал для построения всех клеток - от мышц и костей, до волос и ногтей.

Ферментативная функция.
Белки в виде ферментов, катализирующих химические реакции, участвуют в регуляции многих обменных процессов и совершенно необходимы для нормального обмена веществ в организме. Усвоение питательных веществ в организме возможно только в присутствии определенных ферментов. А ферменты - это белковые структуры, и соответственно недостаток белка приведет к серьезным нарушениям в питании организма.

Гормональная функция.
Гормоны, регулирующие физиологические процессы, тоже являются белками. Для обеспечения нормального уровня гормонов в организме необходимо достаточное поступление протеинов. И прежде всего при гормональных нарушениях необходимо обратить внимание на достаточное поступления с пищей полноценных белков.

Защитная функция.
К белкам относятся антитела, которые связывают, нейтрализуют и способствуют выведению токсичных веществ из организма. Дефицит белка в питании уменьшает устойчивость организма к инфекциям, так как снижается уровень образования антител.

Транспортная функция.
Белки участвуют в транспорте кровью липидов, углеводов, некоторых витаминов, гормонов, лекарственных веществ. При дефиците белка вода не удерживается в клетках и переходит в межклеточную жидкость.

Энергетическая функция.
Хотя белки и не служат главным источником энергии, тем не менее, они при определенных условиях могут выполнять эту функцию. Однако, в качестве энергетической субстанции белки очень не выгодны и требуют большое количество энергии на свое усвоение и синтез.

белки
транспорт
ферменты
строительство
антитела
гормоны
энергия
Функции белков

БИОСИНТЕЗ
БЕЛКА
Реплика́ция ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. Репликацию ДНК осуществляет фермент ДНК-полимераза.

Первооткрыватели биосинтеза белка
Франсуа Жакоб (р.1920) – французский микробиолог
Жак Люсьен Моно (1910-1976) – французский биохимик и микробиолог

Франсуа Жакоб (р.1920) – французский микробиолог
ЖАКОБ Франсуа один из авторов гипотезы переноса генетической информации и регуляции синтеза белка в бактериальных клетках (концепция оперона). Лауреат нобелевской премия за открытия, касающиеся генетического контроля синтеза ферментов и вирусов.(1965г.)

Жак Люсьен Моно (1910-1976) – французский биохимик и микробиолог
Лауреат Нобелевской премии 1965 г. по физиологии и медицине «за открытия, связанные с генетическим контролем синтеза ферментов и вирусов». Его труды совместно с Ф.Жакоб и А. Львовым открыли такую область исследования, которую в полном смысле слова можно назвать молекулярной биологией.

Транскрипция
Первый этап биосинтеза белка—транскрипция.
Транскрипция— это переписывание информации с последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность нуклеотидов РНК.
А
Т
Г
Г
А
Ц
Г
А
Ц
Т
В определенном участке ДНК под действием ферментов белки-гистоны отделяются, водородные связи рвутся, и двойная спираль ДНК раскручивается. Одна из цепочек становится матрицей для построения и-РНК. Участок ДНК в определенном месте начинает раскручиваться под действием ферментов.
матрица
ДНК

Затем на основе матрицы под действием фермента РНК-полимеразы из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности начинается сборка мРНК.
А
Т
Г
Г
А
Ц
Г
А
Ц
Т
У
А
Ц
Ц
У
Г
Ц
У
Г
А
и-РНК
Между азотистыми основаниями ДНК и РНК возникают водородные связи, а между нуклеотидами самой матричной РНК образуются сложно-эфирные связи.
Водородная
связь
Сложно-эфирная
связь

мРНК
После сборки мРНК водородные связи между азотистыми основаниями ДНК и мРНК рвутся, и новообразованная мРНК через поры в ядре уходит в цитоплазму, где прикрепляется к рибосомам. А две цепочки ДНК вновь соединяются, восстанавливая двойную спираль, и опять связываются с белками-гистонами.
МРНК присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов магния. Причем два ее триплета нуклеотидов оказываются обращенными к большой субъединице рибосомы.
ЯДРО
рибосомы
цитоплазма
Mg2+

Трансляция
Второй этап биосинтеза– трансляция.
Трансляция– это перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
В цитоплазме аминокислоты под строгим контролем ферментов аминоацил-тРНК-синтетаз соединяются с тРНК, образуя аминоацил-тРНК. Это очень видоспецифичные реакции: определенный фермент способен узнавать и связывать с соответствующей тРНК только свою аминокислоту.
и-РНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц

Далее тРНК движется к и-РНК и связывается комплементарно своим антикодоном с кодоном и-РНК. Затем второй кодон соединяется с комплексом второй аминоацил-тРНК, содержащей свой специфический антикодон.
Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК.
и-РНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Водородные связи между
комплементарными нуклеотидами

После присоединения к мРНК двух тРНК под действием фермента происходит образование пептидной связи между аминокислотами; первая аминокислота перемещается на вторую тРНК, а освободившаяся первая тРНК уходит. После этого рибосома передвигается по нити для того, чтобы поставить на рабочее место следующий кодон.
И-РНК
А
Г
У
У
Ц
А
У
Ц
А
А
Г
У
а/к
а/к
У
У
Г
А
Ц
У
У
Г
Ц
Пептидная
связь
а/к

Такое последовательное считывание рибосомой заключенного в и-РНК «текста» продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов (терминальных кодонов). Такими триплетами являются триплеты УАА, УАГ,УГА.
Одна молекула мРНК может заключать в себе инструкции для синтеза нескольких полипептидных нитей. Кроме того, большинство молекул и-РНК транслируется в белок много раз, так как к одной молекуле и-РНК прикрепляется обычно много рибосом.
и-РНК на рибосомах
белок
Наконец, ферменты разрушают эту
молекулу и-РНК, расщепляя ее до
отдельных нуклеотидов.

3. Контрольный тест
1. Матрицей для синтеза молекулы м-РНК при транскрипции служит:
а) вся молекула ДНК
б) полностью одна из цепей молекулы ДНК
в) участок одной из цепей ДНК
г) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся молекула ДНК.
2. Транскрипция происходит:
а) в ядре
б) на рибосомах
в) в цитоплазме
г) на каналах гладкой ЭПС
3. Последовательность нуклеотидов в антикодоне т-РНК строго комплементарна:
а) триплету, кодирующему белок
б) аминокислоте, с которой связана данная т-РНК
в) последовательности нуклеотидов гена
г) кодону м-РНК, осуществляющему трансляцию

4. Трансляция в клетке осуществляется:
а) в ядре
б) на рибосомах
в) в цитоплазме
г) на каналах гладкой ЭПС
5. При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка служат:
а) обе цепочки ДНК
б) одна из цепей молекулы ДНК
в) молекула м-РНК
г) в одних случаях одна из цепей ДНК, в других– молекула м-РНК
6. При биосинтезе белка в клетке энергия АТФ:
а) расходуется
б) запасается
в) не расходуется и не выделяется
г) на одних этапах синтеза расходуется, на других– выделяется
7. Исключите лишнее: рибосомы, т-РНК, м-РНК, аминокислоты, ДНК.

8. Участок молекулы т-РНК из трех нуклеотидов, комплементарно
связывающийся с определенным участком м-РНК по принципу
комплементарности называется…
9. Последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК следующая: АТТААЦГЦТАТ. Какова будет последовательность азотистых оснований в м-РНК?
а) ТААТТГЦГАТА
б) ГЦЦГТТАТЦГЦ
в) УААУЦЦГУТУТ
г) УААУУГЦГАУА

Thank you!
Понимание механизма синтеза белка—результат длительной и сложнейшей работы многих ученых. Это блестящее достижение сейчас является одним из основных положений биологической науки. Но все же еще многое из этого процесса осталось за гранью нашего знания.

Неверно!