ЛЕКЦИЯ 18 Биосинтез белка
ПЛАН • • • Генетический код, его свойства. Репликация. Транскрипция. Рекогниция. Транскрипция: инициация, элонгация, терминация. Строение рибосом и их значение в биосинтезе белка.
Основная догма молекулярной биологии
Основные направления переноса генетической информации
• Генети ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.
Свойства генетического кода • Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет или кодон). • Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно. • • Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов. • Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте.
Свойства генетического кода • Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. • Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности. • Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными
Секторный вариант записи генетического кода, внутренний круг — 1 -е основание кодона (от 5' -конца)
Фазы клеточного цикла G 2 -фаза Подготовка к митозу S-фаза Репликация ДНК; Синтез гистонов; Образование центросомы; Удвоение G 1 -фаза Синтез РНК и белков, рост клетки G 0 -фаза Клетки не делятся
• Реплика ция ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы ДНК, идущий во время синтетической (S) фазы жизненного цикла клетки на матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в ДНК, удваивается и в процессе последующего деления делится между дочерними клетками. • Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15 -20 различных белков.
Полуконсервативный механизм репликации
Репликация • Инициация (образование репликативной вилки) • Элонгация (синтез новых цепей) • Исключение праймеров • Терминация (завершение синтеза двух дочерних цепей ДНК).
Репликационная вилка
• Транскрипция - осуществляющийся в живых клетках биосинтез РНК на матрице - ДНК. • Транскрипция - фундаментальный биологический процесс, первый этап реализации генетической информации, записанной в ДНК в виде линейной последовательности 4 типов мономерных звеньев – нуклеотидов.
Типы РНК, образующиеся в результате транскрипции • Информационные, или матричные, РНК, выполняющие роль матриц при синтезе белка рибосомами (трансляция) • Рибосомальные РНК, являющиеся структурными компонентами рибосом • Транспортные РНК, являющиеся основными элементами, осуществляющими при синтезе белка перекодирование информации, заключённой в информационной РНК, с языка нуклеотидов на язык аминокислот • РНК, играющие роль затравки репликации ДНК. Число копий разных участков ДНК зависит от потребности клеток в соответственных белках и может меняться в зависимости от условий среды или в ходе развития организма
Транскрипция ДНК Биосинтез РНК осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами.
• Транскрипция начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК (промоторах) и завершается в терминирующих участках (сайты терминации). • Участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, представляет собой единицу транскрипции - транскриптон. • Транскрипционные факторы - белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами и ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции.
Трансляция • Трансляция - осуществляемый рибосомой синтез белка из аминокислот на матрице информационной (или матричной) РНК.
Синтез аа-ТРНК Рекогниция – процесс узнавания т. РНК своей АК, происходящий при помощи фермента аминоацил-т. РНК-синтетазы
Основные компоненты белок-синтезирующей системы 1) Аминокислоты 2) 2) т-РНК 3) м-РНК 4) Аминоацил-т. РНК синтетазы 5) Рибосомы 6) Белковые факторы 7) АТФ и ГТФ как источники энергии На включение одной аминокислоты используется 6 макроэргических связей: - 2 из АТФ в ходе реакции, катализируемой аа-т. РНК синтетазой АТФ гидролизуется до АМФ и пирофосфата) - 2 молекулы ГТФ: одна используется на связывание аа-т. РНК в Ацентре рибосомы, вторая затрачивается на стадию транслокации - АТФ и ГТФ на инициацию и терминацию синтеза полипептидной цепи
Общая схема трансляции Инициация. Узнавание стартового кодона (AUG), сопровождается присоединением т. РНК аминоацилированной метионином (М) и сборкой рибосомы из большой и малой субъединиц. Элонгация 1) Узнавание текущего кодона соответствующей ему аминоацил-т. РНК (комплементарное взаимодействие кодона м. РНК и антикодона т. РНК увеличено). 2) Присоединение аминокислоты, принесённой т. РНК, к концу растущей полипептидной цепи. 3) Продвижение рибосомы вдоль матрицы, сопровождающееся высвобождением молекулы т. РНК. 4) Аминоацилирование высвободившейся молекулы т. РНК соответствующей ей аминоацил-т. РНК-синтетазой. 5) Присоединение следующей молекулы аминоацил-т. РНК, аналогично стадии (2). 6) Движение рибосомы по молекуле м. РНК до стоп-кодона (в данном случае UAG). Терминация. Узнавание рибосомой стоп-кодона и отсоединение новосинтезированного белка, диссоциация рибосомы.
Трансляция
• Рибосома — немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром 100— 200 ангстрем, состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК (м. РНК). • Рибосомы представляют собой нуклеопротеиды, в составе которых отношение РНК/белок составляет 1: 1 у высших животных.
