9.10. Биосинтез белка в клетке

Обмен веществ (метаболизм) – совокупность биохимических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих процессы ее жизнедеятельности.
Анаболизм (ассимиляция) – совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток, этот процесс имеет второе название – пластический обмен.
Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций, в которых происходит распад крупных органических молекул до простых соединений с одновременным высвобождением энергии – энергетический обмен

Каждая живая клетка создает (синтезирует) вещества, из которых она состоит
Пластический обмен (образование органических веществ)
Протекает с потреблением энергии
Биосинтез простых углеводов у зеленых растений протекает за счет энергии света
Биосинтез белка в клетке идет за счет энергии АТФ

Биосинтез (пластический обмен) -
это процесс создания сложных органических веществ из более простых в живой клетке в ходе биохимических реакций, протекающих с помощью ферментов.
Белки из аминокислот
Нуклеиновые кислоты из нуклеотидов
Жиры – из глицерина и жирных кислот
Сложные углеводы – из простых углеводов

Структуры белка

белки
транспорт
ферменты
строительство
антитела
гормоны
энергия
Функции белков

Белки состоят из аминокислот
Аминокисло́ты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Основные химические элементы аминокислот — это углерод (C), водород (H), кислород (O) и азот (N).
Известны около 500 встречающихся в природе аминокислот, хотя только 20 используются в генетическом коде

Синтез белка осуществляется в рибосомах

Необходимые компоненты биосинтеза белка в клетках
аминокислоты,
рибосомы,
энергия АТФ,
ферменты,
различные типы РНК: (информационная РНК, транспортная РНК, рибосомная РНК)

Биосинтез определяется наследственной информацией в определенных участках ДНК хромосом – генах.
Гены хранят и передают информацию об очередности аминокислот белка, кодируют структуру белковой молекулы.
Информация о каждой аминокислоте записана комбинацией из трех нуклеотидов (триплет, кодон).
Суть генетического кода: различные сочетания из трех нуклеотидов кодируют определенные аминокислоты.

Генетический код

Генетический код
ДНК РНК Белок
1) Существует всего 4 вида нуклеотидов в составе ДНК (Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин)
2) Последовательность нуклеотидов в ДНК задает последовательность аминокислот
3) Каждой аминокислоте в полипептидной
цепочке соответствует комбинация из трех
нуклеотидов в молекуле ДНК – триплет
4) Зависимость между триплетами нуклеотидов и аминокислотами – генетический код

Генетический код универсален — он одинаков для всех живых организмов
Молекулы информационной РНК (иРНК) переносят информацию с ДНК из ядра в цитоплазму клетки, где происходит «сборка» молекул белка. Схематически процесс биосинтеза белка можно представить так:
ДНК → РНК → белок
Процесс биосинтеза белка совершается в два этапа.

Первый этап биосинтеза - транскрипция
Транскрипция — первый этап биосинтеза белка. На этом этапе происходит «списывание» генетической информации путём создания иРНК.
Рассмотрим рисунок 17 на стр. 43

Первый этап биосинтеза - транскрипция
Происходит в ядре клетки
Специальный белок-фермент (полимераза) узнаёт на молекуле ДНК начальную точку синтеза.
В присутствии полимеразы происходит раскручивание двойной спирали ДНК и образование одноцепочечных участков.
Фермент перемещается вдоль цепи ДНК и строит на ней, как на матрице, цепь иРНК в соответствии с принципом комплементарности.
Образовавшаяся таким способом цепь иРНК оказывается точной копией определённого участка ДНК-матрицы.
Принцип копирования генетической информации с ДНК на иРНК называют копированием, переписыванием или транскрипцией (от лат. transcription — «переписывание»).

Основания нуклеотидов ДНК:
аденин, гуанин, цитозин, тимин
Основания нуклеотидов РНК:
аденин, гуанин, цитозин, урацил

Информационная РНК (иРНК) состоит из нуклеотидов (4 вида)

Второй этап синтеза белка - трансляция (происходит в цитоплазме)
Трансляция – построение полимерной молекулы белка из многочисленных мономеров – аминокислот на основе считывания генетической информации, заключенной в иРНК
Рассмотрим рисунок 17 на стр. 43

Второй этап синтеза белка - трансляция (происходит в цитоплазме на рибосомах)
Все процессы «сборки» молекулы белка происходят в цитоплазме, где находятся:
аминокислоты,
многочисленные транспортные РНК (тРНК),
ферменты, катализирующие процесс биосинтеза
АТФ, обеспечивающий его энергией
Здесь из двух субъединиц образуются рибосомы и сюда из ядра поступает иРНК.

Второй этап синтеза белка - трансляция (происходит в цитоплазме на рибосомах)
Рибосома — уникальный «сборочный аппарат». Она перемещается по иРНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом.
В результате в строгом соответствии с последовательностью расположения нуклеотидов иРНК определённые аминокислоты объединяются на ней в длинную полимерную цепь белка.
Порядок аминокислот в этой цепи соответствует генетической информации, скопированной с определённого участка ДНК

Второй этап синтеза белка - трансляция (происходит в цитоплазме)
Аминокислоты доставляются к рибосомам транспортными (тРНК) из цитоплазмы;
Аминокислота – тРНК - иРНК (комплементарны);
Триплеты иРНК-кодоны, триплеты тРНК-антикодоны;
По иРНК движутся несколько рибосом-полисомы.

Строение транспортной РНК (тРНК)

Изменение последовательности нуклеотидов иРНК, произошедшее при её копировании с ДНК-матрицы, может привести к изменению последовательности аминокислот в белке.
Такой белок приобретает новые свойства и может оказать значительное влияние на жизнедеятельность организма — как положительное, так и отрицательное.
После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы — молекулы иРНК.

Обычно вдоль одной молекулы иРНК движется сразу несколько рибосом, при этом одновременно синтезируется несколько белковых молекул.
Молекула иРНК может использоваться для синтеза белков многократно, как и рибосома.
Срок жизни иРНК — от двух минут у бактерий до нескольких дней у высших организмов. В итоге ферменты разрушают иРНК до отдельных нуклеотидов, которые затем используются для синтеза новых иРНК.
Расщепляя и синтезируя иРНК, клетка строго регулирует синтез белков, их тип и количество.

Генетический код

Синтез белка

Схема синтеза белка
Ядро
ДНК
иРНК
тРНК
Рибосома
Цитоплазма
Белок
Трансляция
Транскрипция
АК

Решите биологическую задачу №1
Участок гена имеет такую последовательность нуклеотидов:
ТЦАГГАТГЦАТГАЦЦ
Определите последовательность
нуклеотидов иРНК и
последовательность аминокислот в
белковой молекуле, которая
синтезируется под контролем этого
гена.

Решите биологическую
задачу №2
Фрагмент цепи иРНК имеет
последовательность нуклеотидов:
ЦЦЦАЦЦГЦАГУА.
Определите последовательность
нуклеотидов на ДНК, антикодоны тРНК и последовательность аминокислот во
фрагменте молекулы белка, используя
таблицу генетического кода.