Презентація "Генетичний код. Біосинтез білка"

БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

Пластичний обмін. Біосинтез білків+ Сукупність реакцій біохімічного синтезу, в результаті яких із речовин, що по­трапили до клітини, синтезуються необхідні для неї сполуки, називається пластичним обміном. До основних процесів пластичного обміну належать біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот. Всі реакції біосинтезу супроводжуються поглинанням енергії і називаються ендотермічними.

Біосинтез білків+ Багатогранність і специфічність білків визначається їх первинною структурою, тобто послідовністю розміщення амінокислот у поліпептидному ланцюгу. Синтез білка — формування складної молекули білка з амінокислот - мономерів. Цей процес відбувається за схемою ДНК —> РНК —» білок. Інформація, яка міститься в ДНК, передається молекулі білка, що синтезується, через РНК.  Ділянку ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру будь-якого одного білка, називають геном. Основними етапами біосинтезу білків є транскрипція й трансляція

ГЕНЕТИЧНИЙ КОД - встановлення відповідності між' певною послідовністю нуклеотидів ДНК (і-РНК) і амінокислотами у молекулі білка. Ця послідовність визначає порядок розташування амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі під час його синтезу.+ Молекула ДНК складається з чотирьох видів нуклеотидів: аденінового, гуанінового, тимінового та цитидинового. До складу білків входять 20 амінокислот. Встановлено, що кожна амінокислота кодується трьома нуклеотидами. Комбінація з трьох нуклеотидів дає змогу кодувати 64 типи амінокислот (43 = 64), а цього цілком досить, щоб закодувати 20 амінокислот. . Дослідження з розшифрування генетичного коду розкрили його основні властивості: Властивості генетичного коду1. Триплентність2. Однозначність3. Надмірність4. Безперервність5. Колінеарність6. Універсальність

Основними властивостями генетичного коду є:• триплетність - кожна амінокислота кодується послідовністю з 3 нуклеотидів - триплетом;• однозначність, або специфічність, - кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту;• надмірність, або виродженість, - одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів,що підвищує надійність генетичного коду; • безперервність - межі між триплетами не позначено, триплети йдуть один за одним. Проте слід мати на увазі, що між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації (спейсери), і лише відокремлюють одні гени від інших. Окрім того, на початку гена розташовується старт-кодон (у ДНК - триплет ТАЦ, у РНК - АУГ), у кінці генів - один із трьох стоп-кодонів (у ДНК - АТТ, АТЦ, АЦТ, у РНК - УАА, УАГ, УГА). Старт-кодон - це триплет, що кодує амінокислоту метіонін (Мет*) і розпочинає утворення білка в процесі трансляції. Стоп-кодони (нонсенс-кодони) - це кодони, що сигналізують про завершення трансляції поліпептидного ланцюга;• колінеарність - лінійній послідовності нуклеотидів відповідає лінійна послідовність амінокислот;• універсальність - генетичний код єдиний для всіх організмів, які існують на Землі. Отже, генетичний код є системою нуклеотидів для збереження інформації про амінокислоти білків чи рибонуклеотиди РНК.

Етапи біосинтезу білків Механізм процесу біосинтезу білків з'ясовано у'50-х роках XX сторіччя. Він відбувається у кілька етапів: І етап – транскрипція; ІІ етап – активація амінокислот; ІІІ етап – трансляція; І\/ етап - утворення природної структури білка+.

І етап Транскрипція - переписування інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на молекулу попередника іРНК (про-іРНК), що здійснюється в цитоплазмі (у прокаріотів) або в ядрі (в еукаріотів). Під час утворення про-іРНК одночасно відбувається її дозрівання (процесинг іРНК). Воно полягає в наданні РНК стабільності, захисті від ферментів, можливості переміщення з ядра та участі у трансляції. Зріла іРНК крізь ядерні пори надходить у цитоплазму (експорт іРНК).

В процесі транскрипції – переписуванні інформації з ДНК, утворюється про - РНК (гетерогенна ядерна РНК). Вона містить кодуючи ділянки – екзони і некодуючі – інтрони. Характерна для еукаріот і ціанобактерій. В процесі транскрипції про -РНК відбувається процесинг - дозрівання новосинтезованої молекули РНК до її функціонально активної форми.. Далі в процесі транскрипції відбувається сплайсинг. Внаслідок сплайсингу – процесу вирізання інтронів і зшивання екзотів утворюється м- РНК. Здійснює цей процес м-РНК за участю ферментів і енергії АТФ. Утворюється РНК, яка складається лише з кодуючи ділянок. Вирізання відбувається по спеціальним специфічним послідовностям, які служать сигналами для сплайсингу. м-РНК своїми нуклеотидними послідовностями комплементарно взаємодіє з кінцевими ділянками інтронів, які утворюють при цьому замкнені петлі.

ІІ етап. Активація амінокислот + Спочатку у цитоплазмі кожна з 20 амінокислот за допомогою ковалентного зв'язку приєднується до певної т-РНК за участю ферментів та вивільнення енергії АТФ. Багато амінокислот кодуються декількома триплетами, тому кількість видів т. РНК дорівнює 61. Потім і-РНК зв'язується з рибосомою, а згодом — із амінокислотою, прикріпленою до т-РНК. Транспортна РНК, що переносить амінокислоту, за принципом комплементарності взаємодіє з особливим триплетом і-РНК, який дає сигнал про початок синтезу поліпептидного ланцюга. Внаслідок цього процесу виникає ініціативний комплекс: триплет і-РНК, рибосома, т-РНК. Молекули т-РНК здатні приєднувати амінокислоти, тому, що мають два активні центри: кодон і антикодон. Антикодон може взаємодіяти з комплементарним кодоном на молекулі і-РНК і передавати відповідну амінокислоту для синтезу поліпептидного ланцюга.

ІІІ етап Трансляція (лат. translatio — перенесення) - сукупність процесів перетворення спадкової інформації іРНК у білок первинної структури . Трансляція відбувається на рибосомах. З однією молекулою іРНК можуть водночас зв’язуватися кілька рибосом з утворенням полірибосоми (полісоми). Трансляція починається із взаємодії субодиниць рибосом з іРНК та першою т. РНК, антикодон якої відповідає старт-кодону іРНК - АУГ. Цей кодон визначає для рибосоми початок зчитування інформації з іРНК. Коли перша т. РНК зв’язується з іРНК, рибосома робить крок, і в її функціональному центрі опиняються два триплети. На одному із них відбувається розпізнавання наступної т. РНК, а на іншому - звільнення амінокислоти від попередньої т. РНК та її приєднання до ланцюга майбутньої молекули білка. Далі рибосома пересувається по іРНК рівно на один триплет, що забезпечує нарощування поліпептидного ланцюга. Це переміщення відбувається доти, поки рибосома не наштовхнеться на один із стоп-кодонів у іРНК, що сигналізує про завершення трансляції.  Трансляція — переклад послідовності розміщення нуклеотидів з молекули І-РНК у послідовність амінокислотних залишків молекули білка. Схема трансляції молекули білка: 1 - рибосома; 2 - іРНК; 3 - т. РНК; 4 - амінокислоти

І\/ етап. Утворення природної структури білка - четвертий етап біосинтезу білка відбувається у цитоплазмі. Поліпептидний ланцюг, що утворився на рибосомах набуває своєї природної структури (вторинної, третинної, четвертинної) і утворює певну просторову конфігурацію. Швидкість синтезу білка, який складається з 20 -30 амінокислотних ланок відбувається за одну секундуутворення вторинної, третинної, четвертинної структур

Розв'язування вправ (виконати письмово) 1. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ, яка має утворитися в процесі реплікації молекули ДНК на основі ланцюга - АЦТ ТТГ ГАТ ГАТ ТТТ АЦТ ГТГ:а) ТГА ААЦ ЦТА ААА ТГА ЦАЦ;б) ТАА ТАА ТАА ТАА ААА ААА ТАГ;в) ТАЦ АЦГ ЦТЦ АТГ ГТА ЦЦТ ТГЦ;г) ТТТ ТТТ ТАТ АЦА ЦАЦ ЦГЦ ТАА;д) ТГА ТЦГ ГГГ ЦЦГ ЦТА ААА.2. Виберіть послідовність нітрогеновмісних основ іРНК, яка утвориться внаслідок процесу транскрипції з молекули ДНК такої будови - АТГ ТГЦ ГАГ ТАЦ ЦАТ ГГА АЦГ:а) УАЦ АЦГ ЦУЦ АУГ ГУА ЦЦУ УГЦ;б) УУУ УУУ УАУ АЦА ЦАЦ ЦГЦ УАА;в) УГА УЦГ ГГГ ЦЦГ ЦУА ААА УГА;г) УГА ААЦ ЦУА ЦУА ААА УГА ЦАЦ;д) УАА УАА УАА УАА УАА ААА ААА УАГ.3. За допомогою таблиці генетичного коду визначте амінокислотний склад пептиду, що утворюється внаслідок трансляції на основі фрагмента іРНК такого нуклеотидного складу - УУУ ЦЦА ГГУ АГЦ:а) Фен-Про-Глі-Сер;б) Сер-Ала-Цис-Вал;в) Фен-Трп-Тре;г) Тир-Про;д) Вал-Вал-Глу-Глі.

Запитання для контролю:1. Що називається пластичним обміном?2. Де відбувається біосинтез білка в клітині?3. Які етапи біосинтезу білка ви знаєте?4 . Що називається генетичним кодом?5. Назвіть основні властивості генетичного коду.6. Що таке транскрипція іРНК? Де відбувається транскрипція?7. Дайте характеристику другого етапу біосинтезу білка.8. Що таке трансляція? 6. Де відбувається трансляція?9. Як відбувається трансляція в клітині?10. Які триплети означають припинення біосинтезу білка?