Біологія синтез білка в клітині. Біосинтез білка: коротко і зрозуміло

Кожна клітина містить тисячі білків, в тому числі і властивих тільки даному виду клітин. Так як в процесі життєдіяльності все білки рано чи пізно руйнуються, клітина повинна безперервно синтезувати білки для відновлення своїх мембран, Органоїдів і т. П. Крім того, багато клітини «виготовляють» білки для потреб всього організму, наприклад клітини залоз внутрішньої секреції, які виділяють в кров білкові гормони. У таких клітинах синтез білка йде особливо інтенсивно.

Синтез білка вимагає великих витрат енергії.

Джерелом цієї енергії, як і для всіх клітинних процесів, є АТФ. Різноманіття функцій білків визначається їх первинною структурою, тобто послідовністю амінокислот в їх молекулі. У свою чергу спадкова інформація про первинну структуру білка міститься в послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК. Ділянка ДНК, в якому міститься інформація про первинну структуру одного білка, називається геном. В одній хромосомі знаходиться інформація про структуру багатьох сотень білків.

Генетичний код.

Кожній амінокислоті білка в ДНК відповідає послідовність з трьох розташованих один за одним нуклеотидів - триплет. До теперішнього часу складена карта генетичного коду, т. Е. Відомо, які триплетні поєднання нуклеотидів ДНК відповідають тій чи іншій з 20 амінокислот, що входять до складу білків (рис. 33). Як відомо, до складу ДНК можуть входити чотири азотистих підстави: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц). Число сполучень з 4 по 3 становить: 43 \u003d 64, т. Е. Можна закодувати 64 різних амінокислоти, тоді як кодується тільки 20 амінокислот. Виявилося, що багатьом амінокислотам відповідає не один, а кілька різних триплетів - кодонів.

Передбачається, що така властивість генетичного коду підвищує надійність зберігання і передачі генетичної інформації при діленні клітин. Наприклад, амінокислоті аланину відповідають 4 кодону: ЦДА, ЦГГ, ЦГТ, ЦГЦ, і виходить, що випадкова помилка в третьому нуклеотиде не може відбитися на структурі білка - все одно це буде кодон аланина.

Так як в молекулі ДНК містяться сотні генів, то в її склад обов'язково входять триплети, які є «знаками пунктуації» і позначають початок і кінець того чи іншого гена.

Дуже важлива властивість генетичного коду - специфічність, т. Е. Один триплет завжди позначає тільки одну-єдину амінокислоту. Генетичний код універсальний для всіх живих організмів від бактерій до людини.
Транскрипція. Носієм всієї генетичної інформації є ДНК, розташована в клітини. Сам же синтез білка відбувається в цитоплазмі клітини, на рибосомах. З ядра в цитоплазму інформація про структуру білка надходить у вигляді інформаційної РНК (і-РНК). Для того щоб синтезувати і-РНК, ділянка ДНК «розмотується», деспирализо, а потім за принципом комплементарності на одній з ланцюжків ДНК за допомогою ферментів синтезуються молекули РНК (рис. 34). Це відбувається наступним чином: проти, наприклад, гуаніну молекули ДНК стає цитозин молекули РНК, проти аденіну молекули ДНК - урацил РНК (згадайте, що в РНК в нук- леотіди замість тиміну включений урацил), навпаки тиміну ДНК - аденін РНК і навпаки цитозину ДНК - гуанін РНК. Таким чином, формується ланцюжок і-РНК, що представляє собою точну копію другого ланцюга ДНК (тільки тимін замінений на урацил). Таким чином, інформація про послідовність нуклеотидів будь-якого гена ДНК «переписується» в послідовність нуклеотидів і-РНК. Цей процес отримав назву транскрипції. У прокаріотів синтезовані молекули і-РНК відразу жмогут взаємодіяти з рибосомами, і починається синтез білка. У еукаріот і-РНК взаємодіє в ядрі зі спеціальними білками і переноситься через ядерну оболонку в цитоплазму.

У цитоплазмі обов'язково повинен бути набір амінокислот, необхідних для синтезу білка. Ці амінокислоти утворюються в результаті розщеплення харчових білків. Крім того, та чи інша амінокислота може потрапити до місця безпосереднього синтезу білка, т. Е. В рибосому, тільки прикріпляється до спеціальної транспортної РНК (т-РНК).

Транспортні РНК.

Для перенесення кожного виду амінокислот в рибосоми потрібен окремий вид т-РНК. Так як до складу білків входять близько 20 амінокислот, існує стільки ж видів т-РНК. Будова всіх т-РНК схоже (рис. 35). Їх молекули утворюють своєрідні структури, що нагадують за формою лист конюшини. Види т-РНК обов'язково розрізняються по триплети нуклеотидів, розташованому «на верхівці». Цей триплет, який отримав назву антикодон, за генетичним кодом відповідає тій амінокислоті, яку належить переносити цієї Т-РНК. До «черешка листа» спеціальний фермент прикріплює обов'язково ту амінокислоту, яка кодується кодоном, комплементарних антикодону.

Трансляція.

У цитоплазмі відбувається останній етап синтезу білка - трансляція. На той кінець і-РНК, з якого потрібно почати синтез білка, нанизується рибосома (рис. 36). Рибосома переміщується по молекулі і-РНК переривчасто, «стрибками», затримуючись на кожному триплети приблизно 0,2 с. За цю мить одна т-РНК з багатьох здатна «впізнати» своїм антикодоном триплет, на ко-тором знаходиться рибосома. І якщо антикодон комплементарен цього триплети і-РНК, амінокислота від'єднується від «черешка листа» і приєднується пептидного зв'язком до зростаючої білкової ланцюжку (рис. 37). У цей момент рибосома зсувається по і-РНК на наступний триплет, який кодує чергову амінокислоту синтезованого білка, а чергова т-РНК «підносить» необхідну амінокислоту, нарощувати зростаючу ланцюжок білка. Ця операція повторюється стільки раз, скільки амінокислот повинен містити будується »білок. Коли ж в рибосомі виявляється один ЛЗ триплетів, що є «стоп-сигналом» між генами, то жодна т-РНК до такого триплети долучилися не может: т, так як антикодон до них у т-РНК не буває. У цей момент синтез білка закінчується. Всі описувані реакції відбуваються за дуже маленькі проміжки часу. Підраховано, що на синтез досить великої молекули білка йде всього близько двох хвилин.

Клітці необхідна не одна, а багато молекул кожного білка. Тому як тільки рибосома, першої почала синтез білка на і-РНК, просунеться вперед, за нею на ту ж і-РНК нанизується друга рибосома, що синтезує той же білок. Потім на і-РНК послідовно нанизуються третя, четверта рибосоми і т. Д. Все рибосоми, що синтезують один і той же білок, закодований в даній і-РНК, називаються полисомой.

Коли синтез білка закінчено, рибосома може знайти іншу і-РНК і почати синтезувати той білок, структура якого закодована в новій і-РНК.

Таким чином, трансляція - це переклад послідовності нуклеотидів молекули і-РНК в послідовність амінокислот синтезованого білка.

Підраховано, що всі білки організму ссавця можуть бути закодовані за все двома відсотками ДНК, що містяться в його клітинах. А для чого ж потрібні інші 98% ДНК? Виявляється, кожен ген влаштований набагато складніше, ніж вважали раніше, і містить не тільки ту ділянку, в якому закодована структура будь-якого білка, але і спеціальні ділянки, здатні «включати» або «вимикати» роботу кожного гена. Ось чому всі клітини, наприклад людського організму, мають однаковий набір хромосом, здатні синтезувати різні білки: в одних клітинах синтез білків йде за допомогою одних генів, а в інших - задіяні зовсім інші гени. Отже, в кожній клітині реалізується тільки частина генетичної інформації, що міститься в її генах.

Синтез білка вимагає участі великої кількості ферментів. І для кожної окремої реакції білкового синтезу потрібні спеціалізовані ферменти.

Ген. Генетичний код. Триплет. Кодон. Транскрипція. Антикодон. Трансляція. Полісома.

1. Що таке транскрипція?
2. Що таке трансляція?
3. Де відбуваються транскрипція і трансляція?
4. Що таке полісома?
5. Чому в різних клітинах будь-якого організму «працює» тільки частина генів?
6. Чи може існувати клітина, не здатна до самостійного синтезу вещест.

Каменський А. А., Кріксунов Е. В., Пасічник В. В. Біологія 9 клас
Відправлено читачами з інтернет-сайту

Роль білків в клітині і організмі

Роль білка в житті клітини і основні етапи його синтезу. Будова і функції рибосом. Роль рибосом в процесі синтезу білка.

Білки відіграють виключно велику роль в процесах життєдіяльності клітини і організму, їм властиві такі функції.

Структурна. Входять до складу внутрішньоклітинних структур, тканин і органів. Наприклад, колаген та еластин служать компонентами сполучної тканини: кісток, сухожиль, хрящів; фиброин входить до складу шовку, павутини; кератин входить до складу епідермісу і його похідних (волосся, роги, пір'я). Утворюють оболонки (капсиди) вірусів.

Ферментативна. Всі хімічні реакції в клітині протікають за участю біологічних каталізаторів - ферментів (оксидоредуктаз, гідролази, лігази, трансферази, ізомерази, і ліази).

Регуляторна. Наприклад, гормони інсулін і глюкагон регулюють обмін глюкози. Білки-гістони беруть участь в просторової організації хроматину, і тим самим впливають на експресію генів.

Транспортна. Гемоглобін переносить кисень в крові хребетних, гемоцианин в гемолімфі деяких безхребетних, міоглобін - в м'язах. Сироватковий альбумін служить для транспорту жирних кислот, ліпідів і т. П. Мембранні транспортні білки забезпечують активний транспорт речовин через клітинні мембрани (Na +, К + -АТФаза). Цитохроми здійснюють перенесення електронів по електронтранспортную ланцюгах мітохондрій і хлоропластів.

Захисна. Наприклад, антитіла (імуноглобуліни) утворюють комплекси з антигенами бактерій і з сторонніми білками. Інтерферони блокують синтез вірусного білка в інфікованій клітині. Фібриноген і тромбін беруть участь в процесах згортання крові.

Скорочувальна (рухова). Білки актин і міозин забезпечують процеси м'язового скорочення і скорочення елементів цитоскелету.

Сигнальна (рецепторна). Білки клітинних мембран входять до складу рецепторів і поверхневих антигенів.

Запасають білки. Казеїн молока, альбумін курячого яйця, феритин (запасає залізо в селезінці).

Білки-токсини. Дифтерійний токсин.

Енергетична функція. При розпаді 1 г білка до кінцевих продуктів обміну (СО2, Н2О, NH3, H2S, SО2) виділяється 17,6 кДж або 4,2 ккал енергії.

Біосинтез білків йде в кожній живій клітині. Найбільша активність він в молодих зростаючих клітинах, де синтезуються білки на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти і білки-гормони.

Основна роль у визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Молекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді виразно поєднуються нуклеотидів

Синтез білка - складний багатоступінчастий процес, який представляє ланцюг синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.

У біосинтезі білка визначають наступні етапи, що йдуть в різних частинах клітини:

Перший етап - синтез і-РНК відбувається в ядрі, в процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від лат. «Транскріптік» - переписування).

На другому етапі відбувається з'єднання амінокислот з молекулами т-РНК, які послідовно складаються з трьох нуклеотидів - антикодон, за допомогою яких визначається свій триплет-кодон.

Третій етап - це процес безпосереднього синтезу поліпептидних зв'язків, званий трансляцією. Він відбувається в рибосомах.

На четвертому етапі відбувається утворення вторинної і третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.

Таким чином, в процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, ріст і розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.

Біосинтез білків йде в кожній живій клітині. Найбільша активність він в молодих зростаючих клітинах, де синтезуються білки на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти і білки-гормони.

Основна роль у визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Молекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі ДНК записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді виразно поєднуються нуклеотидів. Код ДНК вдалося розшифрувати майже повністю. Сутність його полягає в наступному. Кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох поруч стоять нуклеотидів.

Наприклад, ділянка Т-Т-Т відповідає амінокислоті лізину, відрізок А-Ц-А - цистину, Ц-А-А - валін н т. Д. Різних амінокислот - 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 дорівнює 64. Отже , триплетів з надлишком вистачає для кодування всіх амінокислот.

Синтез білка - складний багатоступінчастий процес, який представляє ланцюг синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.

Оскільки ДНК знаходиться в ядрі клітини, а синтез білка відбувається в цитоплазмі, існує посередник, що передає інформацію з ДНК на рибосоми. Таким посередником є \u200b\u200bі-РНК. :

У біосинтезі білка визначають наступні етапи, що йдуть в різних частинах клітини:

1. Перший етап - синтез і-РНК відбувається в ядрі, в процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від лат. «Транскріптік» - переписування).

2.На другому етапі відбувається з'єднання амінокислот з молекулами т-РНК, які послідовно складаються з трьох нуклеотидів - антикодон, за допомогою яких визначається свій триплет-кодон.

3.Третій етап - це процес безпосереднього синтезу поліпептидних зв'язків, званий трансляцією. Він відбувається в рибосомах.

4. На четвертому етапі відбувається утворення вторинний ної і третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.

Таким чином, в процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, ріст і розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.

Хромосоми (від грец. «Хрому» - колір, «сома» - тіло) - дуже важливі структури ядра клітини. Відіграють головну роль в процесі клітинного ділення, забезпечуючи передачу спадкової інформації від одного покоління до іншого. Вони являють собою тонкі нитки ДНК, пов'язані з білками. Нитки називаються хроматидами, що складаються з ДНК, основних білків (гістонів) і кислих білків.

У клітці, що не хромосоми заповнюють весь обсяг ядра і не видно під мікроскопом. Перед початком поділу відбувається спирализация ДНК і кожна хромосома стає помітною під мікроскопом. Під час спирализации хромосоми скорочуються в десятки тисяч разів. В такому стані хромосоми виглядають як дві лежать поруч однакові нитки (хроматиди), з'єднані загальним ділянкою - центромерой.

Для кожного організму характерно постійна кількість і структура хромосом. У соматичних клітинах хромосоми завжди парні, тобто в ядрі є дві однакові хромосоми, що становлять одну пару. Такі хромосоми називають гомологічними, а парні набори хромосом в соматичних клітинах називають диплоїдними.

Так, диплоїдний набір хромосом у людини складається з 46 хромосом, утворюючи 23 пари. Кожна пара складається з двох однакових (гомологічних) хромосом.

Особливості будови хромосом дозволяють виділити їх 7 груп, які позначаються латинськими літерами А, В, С, D, Е, F, G. Всі пари хромосом мають порядкові номери.

У чоловіків і жінок є 22 пари однакових хромосом. Їх називають аутосоми. Чоловік і жінка відрізняються однією парою хромосом, які називають статевими. Вони позначаються буквами - велика X (група С) і маленька Y (група С,). У жіночому організмі 22 пари аутосом і одна пара (XX) статевих хромосом. У чоловіків - 22 пари аутосом н одна пара (XY) статевих хромосом.

На відміну від соматичних клітин, статеві клітини містять половинний набір хромосом, тобто містять по одній хромосомі кожної пари! Такий набір називають гаплоїдним. Гаплоїдний набір хромосом виникає в процесі дозрівання клітин.

Головним питанням генетики є питання про синтез білка. Узагальнивши дані по будові і синтезу ДНК і РНК, Крик в 1960р. запропонував матричну теорію синтезу білків, засновану на 3-х положеннях:

1. Комплементарність азотистих основ ДНК і РНК.

2. Лінійна послідовність розташування генів в молекулі ДНК.

3. Передача спадкової інформації може відбуватися тільки з нуклеїнової кислоти на нуклеїнову або на білок.

З білка на білок передача спадкової інформації неможлива.Таким чином матрицею для синтезу білка можуть бути тільки нуклеїнові кислоти.

Для синтезу білка необхідні:

1. ДНК (гени) на яких синтезуються молекули.

2. РНК - (і-РНК) або (м-РНК), р-РНК, т-РНК

У процесі синтезу білка розрізняють етапи: транскрипції і трансляції.

транскрипція - перепис (переписування) інформації про нуклеїновому будові з ДНК на РНК (т-РНК, і РНК, р-РНК).

Зчитування спадкової інформації починається з певної ділянки ДНК, який називається промотором. Промотор розташований перед геном і включає близько 80 нуклеотидів.

На зовнішньої ланцюга молекули ДНК синтезується і-РНК (проміжна) служить матрицею для синтезу білків і тому називається матричної. Вона є точною копією послідовності нуклеотидів на ланцюзі ДНК.

У ДНК є ділянки, які не містять генетичної інформації (інтрони). Ділянки ДНК містять інформацію називаються екзонами.

В ядрі є спеціальні ферменти, що вирізують інтрони, а фрагменти екзона «зрощуються» між собою в строгому порядку в загальну нитка, цей процес називається «сплайсингом». В процесі сплайсингу утворюється зріла м-РНК, яка містить інформацію, необхідну для синтезу білка. Зріла і-РНК (матрична РНК) проходить через пори ядерної мембрани і надходить в канали ендоплазматичної мережі (цитоплазму) і тут з'єднується з рибосомами.

трансляція- послідовність розташування нуклеотидів в і-РНК, перекладається в строго впорядковану послідовність розташування амінокислот в молекулі синтезованого білка.

Процес трансляції включає 2 етапи: активування амінокислот і безпосередньо синтез білкової молекули.

Одна молекула м-РНК з'єднується з 5-6 рибосомами, утворюючи полісоми. Синтез білка відбувається на молекулі м-РНК, причому рибосоми просуваються уздовж неї. У цей період знаходяться в цитоплазмі амінокислоти активуються спеціальними ферментами, які виділяються ферментами, які виділяються мітохондріями причому кожна з них своїм специфічним ферментом.

Майже моментально амінокислоти зв'язуються з іншим видом РНК - низкомолекулярной розчинної, що виконує функції переносника амінокислот до молекули м-РНК і отримала назву транспортної (т-РНК). т-РНК переносить амінокислоти до рибосом на певне місце, де до цього часу виявляється молекула м-РНК. Потім амінокислоти з'єднуються між собою пептидними зв'язками і утворюється білкова молекула. До кінця синтезу білка молекула поступово сходить з м-РНК.

На одній молекулі м-РНК утворюється 10-20 молекул білка, а в деяких випадках і багато більше.

Найбільш незрозумілим в синтезі білків питання про те, як т-РНК знаходить відповідну ділянку м-РНК, до якого повинна бути приєднана принесена нею амінокислота.

Послідовність розташування азотистих основ в ДНК, яка визначає розміщення амінокислот у синтезованих білку - генетичний код.

Оскільки одна і та ж спадкова інформація «записана» в нуклеїнових кислотах чотирма знаками (азотистими підставами), а в білках - двадцятьма (амінокислотами). Проблема генетичного коду зводиться до встановлення відповідності між ними. Велику роль в розшифровці генетичного коду зіграли генетики, фізики, хіміки.

Для розшифровки генетичного коду перш за все необхідно було з'ясувати яку мінімальну кількість нуклеотидів може визначати (кодувати) утворення однієї амінокислоти. Якби кожна з 20 амінокислот кодувалася однією підставою, то ДНК повинна була б мати 20 різних підстав, фактично ж їх тільки 4. Очевидно, поєднання двох нуклеотидів також недостатньо для кодування 20 амінокислот. Воно може кодувати лише 16 амінокислот 4 2 \u003d 16.

Тоді було запропоновано, що код включає 3 нуклеотиду 4 3 \u003d 64 комбінації і отже, здатне кодувати більш ніж достатня кількість амінокислот для утворення будь-яких білків. Таке поєднання трьох нуклеотидів називається тріплетним кодом.

Код має такі властивості:

1.Генетіческій код триплетний (Кожна амінокислота кодується трьома нуклеотидами).

2.Вирожденность - одна амінокислота може кодуватися кількома триплету, виняток становить триптофан і метіонін.

3.В кодонах для однієї амінокислоти перші два нуклеотиди однакові, а третій змінюється.

4.Неперекривающійся- триплети не перекривають один одного. Один триплет не може входити до складу іншого, кожен з них самостійно кодує свою амінокислоту. Тому в поліпептидного ланцюга поруч можуть знаходитися будь-які дві амінокислоти і можливі будь-які їх поєднання, тобто в послідовності підстав ABCDEFGHI, перші три підстави кодують 1 амінокислоту (ABC-1), (DEF-2) і т.д.

5.Універсален, тобто у всіх організмів для певних амінокислот кодони однакові (від ромашки до людини). Універсальність коду свідчить про єдність життя на землі.

6.Коленеарность - збіг розташування кодонів в і-РНК з порядком розташування амінокислот в синтезується поліпептидного ланцюга.

Кодон - триплет нуклеотидів, що кодує 1 амінокислоту.

7.Бессмисленний- він не кодує жодної амінокислоти. Синтез білка на цьому місці переривається.

В останні роки з'ясувалося, що в мітохондріях порушується універсальність генетичного коду, чотири кодону в мітохондріях змінили свій сенс, наприклад, кодон УГА - відповідає триптофану замість «СТОП» - припинення синтезу білка. АУА - відповідає метионину - замість «изолейцина».

Відкриття нових кодонів у мітохондрій може служити доказом того, що код еволюціонував, і що він не відразу став таким.

Нехай спадкової інформації від гена до молекули білка можна висловити схематично.

ДНК - РНК - білок

Вивчення хімічного складу клітин показав, що різні тканини одного і того ж організму містять різний набір білкових молекул, хоча вони мають і однакову кількість хромосом, і однакову генетичну спадкову інформацію.

Відзначимо ту обставину: незважаючи на наявність в кожній клітині всіх генів цілого організму, в окремій клітці працюють далеко не всі гени - від десятих часток до декількох відсотків від загального числа. Решта ж ділянки «мовчать», вони заблоковані спеціальними білками. Це і зрозуміло, навіщо, наприклад, генам гемоглобіну працювати в нервовій клітині? Те як клітина диктує, яким генам мовчати, а яким працювати, слід припускати, що в клітці є якийсь досконалий механізм, який регулює активність генів визначає, які гени в даний момент повинні бути активними і яким слід перебувати в неактивному (репресивному) стані. Такий механізм за даними французьких учених Ф. Жакоб і Ж. Моно отримав назву індукції і репресії.

індукція- порушення білкового синтезу.

репресія- придушення білкового синтезу.

Індукція забезпечує роботу тих генів, які синтезують білок або фермент, і який необхідний на даному етапі життєдіяльності клітини.

У тварин важливу роль в процесі регуляції генів грають гормони клітинні мембрани; у рослин - умови зовнішнього середовища та інші високоспеціалізовані індуктори.

Приклад: при додаванні гормону щитовидної залози в середу відбувається швидке перетворення пуголовків в жаб.

Для нормальної життєдіяльності бактерії Е (Coli) необхідний молочний цукор (лактоза). Якщо середовище, в якій знаходяться бактерії, лактози не містить, ці гени знаходяться в репресивному стані (тобто вони не функціонують). Внесена в середу лактоза є індуктором, що включає в роботу гени, що відповідають за синтез ферментів. Після видалення лактози з середовища синтез цих ферментів припиняється. Таким чином, роль репрессора може виконувати речовина, яка синтезується в клітині, і якщо його вміст перевищує норму або воно витрачено.

У синтезі білка або ферментів беруть участь різні типи генів.

Всі гени знаходяться в молекулі ДНК.

За своїми функціями вони не однакові:

- структурні - гени, що впливають на синтез якогось ферменту або білка, розташовані в молекулі ДНК послідовно один за одним в порядку їх впливу на хід реакції синтезу або ще можна сказати структурні гени - це гени, які несуть інформацію про послідовність амінокислот.

- акцепторні - гени не несуть спадкової інформації про будову білка, вони регулюють роботу структурних генів.

Перед групою структурних генів розташований загальний для них ген - оператор, а перед ним - промотор. В цілому ця функціональна група називається оперення.

Вся група генів одного оперону включається в процес синтезу і вимикається з нього одночасно. Включення і вимикання структурних генів становить сутність всього процесу регуляції.

Функцію включення і виключення виконує особливий ділянку молекули ДНК - ген оператор. Ген оператор є початковою точкою синтезу білка або як кажуть «зчитування» генетичної інформації. далі в тій же молекулі на деякій відстані розташований ген - регулятор, під контролем якого виробляється білок званий репрессором.

З усього сказаного видно, що синтез білка відбувається дуже складно. Генетична система клітини, використовуючи механізми репресії і індукції, може приймати сигнали про необхідність початку і закінчення синтезу того чи іншого ферменту і здійснювати цей процес із заданою швидкістю.

Проблема регуляції дії генів у вищих організмів має велике практичне значення в тваринництві та медицині. Встановлення факторів, що регулюють синтез білка, розкрило б широкі можливості управління онтогенезом, створення високопродуктивних тварин, а також стійких тварин до спадкових захворювань.

Контрольні питання:

1.Назовите властивості генів.

2. Що таке ген?

3.Назовите яке біологічне значення ДНК, РНК.

4.Назовите етапи синтезу білка

5.Перечислите властивості генетичного коду.

У синтезі білків з амінокислот можна виділити три етапи.

Перший етап - транскрипція -був описаний в попередній темі. Він складається в освіті молекул РНК на матрицях ДНК. Для синтезу білка особливе значення має синтез матричних або інформаційних РНК, так як тут записана інформація про майбутнє білку. Транскрипція протікає в ядрі клітин. Потім за допомогою спеціальних ферментів, що утворилася матрична РНК переміщається в цитоплазму.

Другий етап називається рекогніція.Амінокислоти вибірково зв'язуються з своїми переносниками транспортними РНК.

Все т-РНК побудовані подібним чином. Молекула кожної т-РНК є полінуклеотидних ланцюг, вигнуту у вигляді «конюшини». Молекули т-РНК влаштовані таким чином, що мають різні кінці, що мають спорідненість і з м-РНК (антикодон) і з амінокислотами. Т-РНК має в клітці 60 різновидів.

Для з'єднання амінокислот з транспортними РНК служить особливий фермент т- РНК синтетаза або, точніше, аміно-ацил - т-РНК синтетаза.

Третій етап біосинтезу білка називається трансляція.Він відбувається на рибосомах.Кожна рибосома складається з двох частин - великої і малої субодиниць. Вони складаються з рибосомних РНК і білків.

Трансляція починається з приєднання матричної РНК до рибосоми. Потім до утворився комплексу починають приєднуватися т-РНК з амінокислотами. Приєднання це відбувається шляхом зв'язування антикодону т-РНК до кодону інформаційної РНК на підставі принципу комплементарності. Одночасно до рибосоми можуть приєднається не більше двох т-РНК. Далі амінокислоти з'єднуються один з одним пептидним зв'язком, утворюючи поступово поліпептид. Після цього рибосома пересуває інформаційну РНК рівно на один кодон. Далі процес повторюється знову до тих пір поки інформаційна РНК не закінчиться. На кінці і-РНК знаходяться безглузді кодони, які є точками в запису і одночасно командою для рибосоми, що вона повинна відокремитися від і-РНК

Таким чином, можна виділити кілька особливості біосинтезу білків.

1. Первинна структура білків формується строго на основі даних записаних в молекулах ДНК і інформаційних РНК,

2. Вищі структури білка (вторинна, третинна, четвертинна) виникають спонтанно на основі первинної структури.

3. У деяких випадках поліпептидний ланцюг після завершення синтезу піддається незначній хімічної модифікації, в результаті чого в ній з'являються некодіруемие амінокислоти, що не відносяться до 20 звичайним. Прикладом такого перетворення є білок колаген, де амінокислоти лізин і пролін перетворюються в оксипроліну і оксілізін.

4. Синтез білків в організмі прискорюється соматотропний гормон і гормоном тестостероном.

5. Синтез білків дуже енергоємний процес, що вимагає величезної кількості АТФ.

6. Багато антибіотики пригнічують трансляцію.

Метаболізм амінокислот.

Амінокислоти можуть використовуватися для синтезу різних небілкових сполук. Наприклад, з амінокислот синтезується глюкоза, азотисті основи, небілкова частина гемоглобіну - гем, гормони - адреналін, тироксин і такі важливі з'єднання, як креатин, карнитин, які беруть участь в енергетичному обміні.

Частина амінокислот піддається розпаду до вуглекислого газу, води і аміаку.

Розпад починається з реакцій загальних для більшості амінокислот.

До них відносяться.

1. Декарбоксилирование -відщеплення від амінокислот карбоксильної групи у вигляді вуглекислого газу.

ПФ (Піридоксальфосфат) - кофермент похідне вітаміну В6.

Так, наприклад, утворюється гістамін з амінокислоти гістидину. Гістамін - важливе судинорозширювальну речовина.

2. Дезамінування - відчеплення аміногрупи у вигляді NH3. У людини дезаминирование амінокислот йде окислювальним шляхом.

3. Трансамінування -реакція між амінокислотами і α-кетокислот. В ході цієї реакції її учасники обмінюються функціональними групами.

Трансаминирования піддаються всі амінокислоти. Цей процес - головне перетворення амінокислот в організмі, так як у нього швидкість значно вище, ніж у двох перших описаних реакцій.

Трансамінування виконує дві основні функції.

1. За рахунок цих реакцій одні амінокислоти перетворюються в інші. При цьому загальна кількість амінокислот не змінюється але змінюється загальне співвідношення між ними в організмі. З їжею в організм надходять чужорідні білки, у яких амінокислоти знаходяться в інших пропорціях. Шляхом трансаминирования відбувається коригування амінокислотного складу організму.

2. Трансамінування є складовою частиною процесу непрямого дезамінування амінокислот- процесу, з якого починається розпад більшості амінокислот.

Схема непрямого дезамінування.

В результаті трансаминирования утворюються α-кетокислот і аміак. Перші руйнуються до вуглекислого газу і води. Аміак для організму високотоксичний. Тому в організмі існують молекулярні механізми його знешкодження.