Биосинтез белков

Ген - ?

Ф. Крик
ДНК
РНК
белок
Центральная догма молекулярной биологии

Генетический код
- это зависимость между последовательностью нуклеотидов ДНК и последовательностью аминокислот в белковой цепи

Свойства генетического кода
1. Триплетность

Каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов (триплет – три последовательно расположенных нуклеотида)
Кодон – триплет нуклеотидов, кодирующий аминокислоту
Г
Ц
А
1

2. Однозначность
Один триплет кодирует только одну аминокислоту
Г
Ц
А
1

У всех живых организмов одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты
3. Универсальность
Г
А
1
Ц

Одна аминокислота кодируется несколькими триплетами ( 2 - 6 )
4. Вырожденность ( избыточность )
Г
Ц
А
Ц
Т
Г
Т
А
Ц
1

Один нуклеотид не может одновременно находится в двух триплетах (триплеты считываются по порядку, не накладываясь друг на друга)
5. Неперекрываемость
Ц
Ц
Ц
Т
Т
Г
Г
А
А

Между генами имеются «знаки препинания»
Из 64 кодовых триплетов – 61 –кодирующий,
3 – бессмысленные (знаки препинания, кодоны – терминаторы) - УАА, УАГ, УГА - каждый из которых обозначает прекращение синтеза одной белковой цепи, находятся в конце каждого гена
6. Прерывистость

Внутри гена нет «знаков препинания»!!!
Ген в цепи ДНК имеет строго фиксированное начало считывания.
АУГ – кодон инициатор (с него начинается синтез)

Таблица генетического кода
( для и - РНК )

Этапы синтеза белка

ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА
ТРАНСКРИПЦИЯ
ТРАНСЛЯЦИЯ
ПОСТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ
ИНИЦИАЦИЯ
ЭЛОНГАЦИЯ
ТЕРМИНАЦИЯ
Необходимые условия
Нуклеиновые кислоты
Много ферментов
Много энергии (АТФ)
Рибосомы
Аминокислоты
Ионы Mg2+

переписывание последовательности нуклеотидов ДНК на цепь и-РНК по принципу комплементарности
(синтез и – РНК)
Транскрипция

В определенном участке ДНК под действием ферментов белки-гистоны отделяются, двойная спираль ДНК раскручивается, водородные связи рвутся и одна из цепочек становится матрицей для построения и-РНК

Фермент, отвечающий за синтез и-РНК (ДНК – зависимая РНК-полимераза) присоединяется к промотору
Промотор – определенная последовательность нуклеотидов, к которой присоединяется фермент. Он необходим , чтобы синтез и-РНК начинался строго в начале гена

Транскрипция – синтез РНК по матрице ДНК

Транскрипция – считывание наследственной информации с ДНК на мРНК(иРНК) по принципу комплементарности

1я цепь ДНК: кодирующая (смысловая )
2я цепь ДНК: матричная (антисмысловая, транскрибируемая)

Между транскрипцией и трансляцией молекула и-РНК претерпевает ряд изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки.
СПЛАЙСИНГ- удаление из молекулы иРНК интронов (участков РНК, которые практически не несут генетич. информации) и соединение оставшихся участков, несущих генетич. информацию (экзонов), в одну молекулу.

Сплайсинг (редактирование)
экзон
интрон
И-РНК (Экзон)
ЭПС
ядро

И-РНК выходит через ядерные поры в цитоплазму к рибосоме

образование полипептидной цепи на рибосоме
Трансляция

т - РНК

В клетке имеется столько же разных тРНК, сколько кодонов, шифрующих аминокислоты.
АМИНОКИСЛОТА
ФЕРМЕНТ -КОДАЗА
АТФ

В малой субъединице различают функциональный центр рибосомы (ФЦР). В нем выделяют пептидильный участок (Р) и аминоацильный участок (А)
Р
А
Ф Ц Р

И-РНК присоединяется кодоном-инициатором к Р- участку ФЦР, после чего к нему прикрепляется т-РНК, несущая аминокислоту метионин (в дальнейшем она может отсоединятся)
Р
и - Р Н К
т - Р Н К

Затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы (сборка рибосомы)
Р

В А-участок входит второй кодон и-РНК и к нему присоединяется по принципу комплементарности соответствующая т-РНК, несущая аминокислоту (в ФЦР может встраиваться не более 2-х кодонов и-РНК)
Р
А
и - Р Н К

Между аминокислотами возникает пептидная связь (мостик)
Р
А
и - Р Н К

Рибосома делает шаг вперед по и-РНК (длина шага = 1 триплету и-РНК)
Первый кодон и-РНК оказывается за пределами рибосомы
т-РНК отсоединяется, аминокислота остается на пептидном мостике
Р
А
и - Р Н К

Второй кодон занимает место первого, на освободившееся место входит следующий кодон и-РНК, к нему присоединяется т-РНК с аминокислотой (и т.д.)
Р
А
и - Р Н К
Г
Ц
Ц
АРГ

Синтез продолжается до встраивания в ФЦР стоп-кодона

АТФ
ЯДРО

Посттрансляционная
модификация
Формирование вторичной, третичной и четвертичной структуры белка при участии ферментов и с затратой энергии
вторичная
третичная
четвертичная
http://www.ebio.ru/images/08010502.jpg

Задачи
На участке левой цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности:
АГАТАТТГТТЦТГ.…Какую первичную структуру будет иметь белок, синтезируемый при участии противоположной – правой цепи ДНК?
2. Дан участок цепи ДНК: АЦАААААТА.… Определите первичную структуру соответствующего белка, антикодоны т-РНК, участвующие в синтезе этого белка.

3. Дан участок левой цепи ДНК: ЦЦТТГТГАТЦАТЦААА…. Какова структура белка, синтезируемого по генетической информации в правой цепи? Как изменится структура синтезируемого белка, если в левой цепи ДНК выпадет восьмой нуклеотид?

4. Начальная часть молекулы белка имеет следующую структуру: треонин- аланин-лизин.… Определите структуру соответствующего гена (обеих цепей ДНК), в котором закодирован этот белок. Из нескольких возможных кодонов и-РНК одной аминокислоты следует брать, для удобства проверки, первый кодон по порядку чтения таблицы генетического кода.