Тема "Генетический код. Биосинтез белка"
учебно-методический материал по биологии (10 класс)

Тема "Генетический код. Биосинтез белка"

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК, а также иРНК.

Основная роль в определении структуры синтезируемого белка принадлежит ДНК.

ДНК – это полимер из нуклеотидов, а белок из аминокислот. Для того, чтобы 4 нуклеотида могли кодировать 20 аминокислот, они должны быть в определенных сочетаниях. Экспериментальным путем было выяснено, что это последовательность из трех нуклеотидов – триплет (или кодон). Разных триплетов из четырех по три будет 64, а аминокислот 20, следовательно, одна и та же аминокислота кодируется несколькими триплетами. И только метионин и триптофан кодируется одним триплетом. Из 64 возможных триплетов 61 кодируют 20 аминокислот, а 3 (нонсенс триплеты) кодируют окончание биосинтеза белка.

Генетический код имеет следующие основные свойства:

1. Универсальность - код един для всех живых организмов;
2. Вырожденность (множественность) - одну аминокислоту кодируют от 2 до 6 триплетов;
3. Триплетность - одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида;
4. Неперекрываемость - нуклеотид одного триплета не может входить в состав соседнего триплета;
5. Специфичность - один триплет кодирует строго определенную аминокислоту.

РЕАКЦИИ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА

Реакции транскрипции, трансляции, а также репликации (удвоение ДНК) носят название матричных реакций. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют ДНК или иРНК. Мономерные молекулы (нуклеотиды или аминокислоты), из которых синтезируется полимер, в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном порядке. После соединения мономерных звеньев в полимерную цепь, новый полимер сходит с матрицы.

Таким образом, матричные реакции:

ДНК материнской клетки репликация ДНК (дочерних клеток – все клетки многоклеточного организма) транскрипция иРНК трансляция белок.

Реакции матричного синтеза обнаружены только в клетках живых организмов и вне организма, в естественных условиях, неизвестны. Поэтому матричный синтез является одним из специфичных свойств живого.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ

Структура белка определяется ДНК, которая находятся в ядре. Ген – участок двойной молекулы ДНК – строго определенная последовательность нуклеотидов – содержащая информацию о первичной структуре одной молекулы белка и определяющая развитие какого-либо признака или свойства организма.

В процессе биосинтеза белка выделяют два последовательных этапа транскрипцию и трансляцию.

I этап – транскрипция (протекает в ядре) – процесс переписывания информации с ДНК на молекулу про-иРНК, согласно принципу комплементарности. Предшественница иРНК (про-иРНК) содержит в себе ряд инертных, бессмысленных участков-интронов. В результате процессинга – созревания иРНК, интроны с помощью фермента рестриктазы вырезаются, а оставшиеся экзоны – смысловые участки, несущие информацию о белке, сшиваются ферментом лигазой в цепочку. Процесс сшивания иРНК в одну нить называется сплайсингом. Сплайсинг идет в ядрышках.

II этап – трансляция (протекает в цитоплазме )– синтез полипептидных цепей белков на матрице иРНК, выполняемый рибосомами..

Во время трансляции выделяют такие стадии:

1. Стадия активизации аминокислот – аминокислоты присоединяются к ножке тРНК, образуя комплекс аминоацил-тРНК.

2. Стадия инициации. Синтез белка начинается с образования комплекса иРНК с рибосомой. Сначала поступившая из ядра в цитоплазму иРНК соединяется с малой субъединицей рибосомы. Первый кодон у всех иРНК несет информацию об аминокислоте метионине, т.к. имеет стартовый кодон АУГ, к которому присоединяется антикодон тРНК-метионин, именуемая инициаторной тРНК, т.к. обеспечивает связь малой субъединицы рибосомы с большой.

3. Стадия элонгации (от лат. «э» – из, у; «лонг» – длинный) – продолжение трансляции, характеризующаяся удлинением полипептидной цепи, в строгом соответствии с порядком кодонов в молекуле иРНК. Вторая тРНК соединенная с аминокислотой, приходит в рибосому и своим антикодоном (верхушка тРНК) соединяется с кодоном иРНК временными водородными связями, согласно принципу комплементарности. Аминокислота на ножке тРНК соответствует кодону иРНК. Между первой аминокислотой (метионином) и второй образуется пептидная связь. После образования пептидной связи первая тРНК сбрасывается с рибосомы, и пустая уходит в цитоплазму, а рибосома перемещается на следующий триплет иРНК, к этому триплету подходит третья т-РНК, своим антикодом узнает код и временно соединяется с ним. Между второй и третьей аминокислотами вновь образуется пептидная связь, вторая т-РНК уходит, оставляя аминокислоту и рибосома делает следующий "шажок" и т.д., до тех пор, пока рибосома не дойдет до нонсенс-триплета, который шифрует окончание биосинтеза белка на и-РНК.

Дальнейшее удлинение пептидной цепи происходит путем повторения предыдущих фаз.

4. Стадия терминации – окончание биосинтеза белка. иРНК имеет участок, содержащий один из стоп-кодонов при контакте рибосомы с этими кодонами биосинтез белка прекращается, а рибосома распадается на субъединицы.

д\з П.26+++++++++