Пластический обмен. Биосинтез белка

Биосинтез белка идет в каждой живой клетке, наследственная информация хранится в молекулах ДНК, а передается в цитоплазму информационной РНК, которая комплементарна одной нити ДНК.

Синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Генетическую информацию от хромосом ядра к месту синтеза переносят иРНК.

Биосинтез белка в клетке осуществляется в три этапа:

Транскрипция - перевод информации из последовательности триплетов ДНК в последовательность кодонов иРНК; происходит путем матричного синтеза по принципу комплементарности иРНК одной из цепей ДНК:
напротив Г_РНК встает Ц_ДНК, Ц_РНК - Г_ДНК,
Т_ДНК - А_РНК,
А_ДНК - У_РНК.

Затем мономерные звенья связываются в полимерную цепь. Таким образом, иРНК становится точной копией второй нити ДНК (с учетом замены Т- У). Молекула иРНК имеет одноцепочечную структуру, она в сотни раз короче ДНК.

Этот процесс происходит в ядре; одна иРНК содержит информацию об одной молекуле белка.

Перед началом каждого гена или группы однофункциональных генов расположена последовательность нуклеотидов, называемая инициатором (содержит кодон АУГ). В этой последовательности есть участок (промотор) для присоединения фермента РНК-полимеразы, осуществляющего транскрипцию. Полимераза распознает промотор благодаря химическому сродству. В конце матрицы синтеза находится стоп-кодон (один из трех в таблице), или терминатор.

В ходе транскрипции РНК-полимераза в комплексе с другими ферментами разрывает водородные связи между азотистыми основаниями двух нитей ДНК, частично раскручивает ДНК и производит синтез иРНК по принципу комплементарности. На одной ДНК "работают" сразу несколько полимераз.

Готовая молекула иРНК после небольшой перестройки связывается в комплекс со специальными белками и транспортируется ими через ядерную оболочку на рибосомы. Эти белки выполняют и другую функцию - они защищают иРНК от действия различных ферментов цитоплазмы.

Соединение аминокислот с молекулами тРНК в цитоплазме. Необходимые для синтеза белков аминокислоты всегда имеются в составе цитоплазмы. Они образуются в процессе расщепления лизосомами белков. Транспортные РНК связывают аминокислоты, доставляют их на рибосомы и производят точную пространственную ориентацию аминокислот на рибосоме.

Молекула тРНК состоит из 70-80 нуклеотидов; в цепочке тРНК имеется 4 пары комплементарных отрезков из 4-7 нуклеотидов. Комплементарные участки связываются водородными связями попарно (как в молекуле ДНК). Комплементарные друг другу - при сближении они слипаются, образуя структуру, напоминающую лист клевера. На конце "черешка" находится антикодон, к которому присоединяется определенная аминокислота, а на "верхушке" - кодон, соответствующий этой аминокислоте и комплементарный определенному триплету иРНК, соответствующему транспортируемой аминокислоте.

Специальный фермент распознает антикодон тРНК, присоединяет к "черенку листа" определенную аминокислоту, и затем тРНК перемещает ее к рибосоме. Каждая тРНК транспортирует только свою аминокислоту.

Трансляция - перевод информации из последовательности кодонов иРНК в последовательность аминокислот.

В активном центре рибосомы размещаются два триплета иРНК и соответственно две тРНК. Рибосома перемещается по иРНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. На каждом шаге присоединяется новая аминокислота.

Из ядра иРНК направляется к рибосомам. При этом на одной молекуле иРНК одновременно располагаются несколько рибосом (такой комплекс называется полисомой) - это обеспечивает одновременный синтез сразу нескольких одинаковых молекул белка.

тРНК с "навешенной" на нее аминокислотой подходит к рибосоме и своим кодовым концом (кодоном) дотрагивается до триплета иРНК, находящегося в активной зоне рибосомы. В это время противоположный конец тРНК попадает в зону "сборки белка" и, если кодон тРНК комплементарен триплету иРНК, то аминокислота отделяется от тРНК и попадает в состав белка, а рибосома делает "шаг" на один триплет по иРНК. Отдав аминокислоту, тРНК покидает рибосому. Ей на смену приходит другая, с иной аминокислотой; составляется следующее звено в молекуле белка. Если антикодон оказывается не комплементарным, то тРНК удаляется в цитоплазму к другим рибосомам.

Интервал между перескакиваниями на следующий триплет иРНК продолжается не более 1/5 - 1/6 с, а вся трансляция среднего белка - 1-2 минуты.

Когда в активном центре рибосомы оказывается один из трех триплетов, кодирующих знаки препинания между генами, синтез белка завершается.

Освободившаяся рибосома отправляется на другую иРНК. Рибосомы универсальны и могут синтезировать полипептиды по любой матрице иРНК. Субъединицы рибосом соединяются только для синтеза белка, после окончания синтеза они вновь разъединяются.

Когда синтез молекулы белка закончен, рибосома сходит с иРНК, образовавшийся белок поступает в эндоплазматическую сеть и через нее в другие части клетки, а рибосома поступает на другую иРНК и участвует в синтезе другого белка.

Жизнь как явление природы – величайшая тайна, в которую уже много тысяч лет пытается проникнуть человечество. Вспомните признаки живых организмов, которые отличают их от неживых объектов? Позвольте словами академика В.А.Энгельгардта подвести итог вашим ответам: “Рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменения внешней среды – все эти свойства живого в конечном счете неразрывно связаны с определёнными химическими превращениями, без которых ни одного из этих проявлений жизнедеятельности не могло бы осуществиться”. ( слайд 2 ). Какой же процесс является “базой” для других свойств организма? (обмен веществ – метаболизм)

Попробуйте в тетрадях составить схему метаболизма (работают попарно). Сравните результаты вашей работы со схемой на слайде. ( слайд 3 )

Метаболизм делится на два взаимосвязанных одновременных процесса анаболизм и катаболизм.

Дайте краткую характеристику этим процессам. (Реакции метаболизма приводящие к биосинтезу сложных органических соединений из более простых, называются анаболизмом или пластическим обменом, они идут с затратой энергии. Расщепление сложных веществ на более простые составляют совокупность процессов катаболизма или энергетического обмена, при этих реакциях энергия выделяется).

Катаболизм и анаболизм тесно взаимосвязаны во времени и пространстве. ( слайд 4 )