§26. Генетический код. Биосинтез белков

Вспомните

Какие типы нуклеотидов ДНК существуют?

Ответ:

Нуклеотид ДНК состоит из

- моносахара дезоксирибозы

- фосфорной кислоты

- азотистого основания (в ДНК 4 типа — пуриновые: аденин, гуанин, и пиримидиновые: тимин и цитозин)

По наличию в нуклеотиде азотистого основания можно выделить четыре типа нуклеотидов: адениновый, тиминовый, цитозиновый, гуаниновый.

2. Вопрос

Каковы функции ДНК и РНК в клетке?

Ответ:

ДНК выполняет следующие функции:

- хранение наследственной информации (происходит с помощью гистонов.)

- передача наследственного материала (происходит путем репликации ДНК)

- реализация наследственной информации в процессе синтеза белка.

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям.

- информационная (матричная) РНК — мРНК- служит в качестве матриц для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждый белок клетки кодируется специфичной ему мРНК.

- рибосомная РНК — рРНК — в комплексе с белками образует рибосомы — органеллы, на которых происходит синтез белка.

- транспортная (трансферная) РНК — тРНК — перенос аминокислот к месту синтеза белка и участие в процессе трансляции.

3. Вопрос

Каково значение белков для организма?

Ответ:

Белки для организма — основа существования. Без белков нет клетки — значит, нет жизни. Функции белков для организма жизненно важны:

- строительная (белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур: входят в состав клеточных мембран, волос, сухожилий (коллаген) и т.д)

- транспортная (белок крови гемоглобин присоединяет кислород и транспортирует его от легких ко всем тканям и органам, а от них в легкие переносит углекислый газ; в состав клеточных мембран входят особые белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный перенос некоторых веществ и ионов из клетки во внешнюю среду и обратно)

- регуляторная (гормоны белковой природы принимают участие в регуляции процессов обмена веществ)

- защитная (образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать вредоносные бактерии. Фибрин, образующийся из фибриногена, способствует остановке кровотечений.)

- двигательная (сократительные белки актин и миозин обеспечивают сокращение мышц у многоклеточных животных)

- сигнальная (молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды, таким образом осуществляя прием сигналов из внешней среды и передачу команд в клетку)

- энергетическая (при распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж.)

- каталитическая (белки — ферменты, которые ускоряют биохимические реакции, происходящие в клетках).

Вопросы и задания

Дайте характеристику генетическому коду и его единице.

Ответ:

Открытие генетического кода в 1954 году принадлежит Георгию Гамову.

Генетический код — это способ кодирования последовательности аминокислот в молекуле белка с помощью последовательности нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты. Свойства генетического кода вытекают из особенностей этого кодирования.

Единица генетического кода — кодон или триплет — участок ДНК, состоящий из комбинации трех нуклеотидов и кодирующий один аминокислотный остаток полипептидной цепи белка. В гене столько кодонов, сколько аминокислотных остатков в кодируемой молекуле белка. Триплетность — основное свойство генетического кода.

По отношению к нуклеотидам генетический код обладает следующими свойствами:

- однозначность (или специфичность): каждый кодон соответствует только одной аминокислоте;

- непрерывность: считывание триплетов сразу друг за другом.

- неперекрываемость: каждый нуклеотид может входить в состав только одного триплета. Так первый нуклеотид следующего триплета всегда стоит после третьего нуклеотида предшествующего триплета. Кодон не может начаться со второго или третьего нуклеотида предшествующего кодона. Другими словами, код не перекрывается.

- универсальность: он един для всех организмов на Земле, что говорит о единстве происхождения жизни.

- помехоустойчивость: точечные мутации, иногда происходящие в ДНК, обычно приводят к замене одного азотистого основания на другое. При этом изменяется триплет. Однако подобные изменения не всегда приводят к изменению аминокислоты в синтезируемом полипептиде, так как оба триплета из-за свойства избыточности генетического кода могут соответствовать одной аминокислоте. Учитывая, что мутации чаще вредны, свойство помехоустойчивости полезно.

2. Вопрос

Установите последовательность событий, происходящих при трансляции.

Ответ:

Трансляция — это процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной РНК (иРНК), осуществляемый рибосомой.

Трансляция представляет собой синтез полипептидной (белковой) цепи на молекуле информационной (она же матричная) РНК. По-другому трансляцию можно описать как перевод информации, закодированной с помощью нуклеотидов (триплетов-кодонов), в информацию, представленную в виде последовательности аминокислот. Этот процесс протекает при участии рибосом (в состав которых входит рибосомальная РНК) и транспортной РНК. Таким образом, в непосредственном синтезе белка принимают участие все три основных типа РНК.

При трансляции рибосомы насаживаются на начало цепи иРНК и далее движутся по ней в направлении к ее концу. При этом происходит синтез белка.

Внутри рибосомы есть два «места», где могут поместиться две тРНК. Транспортные РНК, заходящие в рибосому, несут одну аминокислоту. Внутри рибосомы синтезируемая полипептидная цепь присоединяется к вновь прибывшей аминокислоте, связанной с тРНК. После чего эта тРНК передвигается на другое «место», из него же удаляется «старая», уже свободная от растущей полипепдидной цепи тРНК. На освободившееся место приходит еще одна тРНК с аминокислотой. И процесс повторяется.

Активный центр рибосомы катализирует образование пептидной связи между вновь прибывшей аминокислотой и ранее синтезированным участком белка.

В рибосому помещаются два кодона (всего 6 нуклеотидов) иРНК. Антикодоны тРНК, заходящих в рибосому, должны быть комплементарны кодонам, на которых «сидит» рибосома. Разным аминокислотам соответствуют разные тРНК (различающиеся своими антикодонами).

Таким образом, каждая тРНК несет свою аминокислоту. При этом следует иметь в виду, что аминокислот, принимающих участие в биосинтезе белка, всего около 20, а смысловых (обозначающих аминокислоту) кодонов около 60-ти. Следовательно, одну аминокислоту могут переносить разные тРНК, но их антикодоны соответствуют одной и той же аминокислоте.

3. Вопрос

Начальная часть молекулы белка имеет следующую последовательность аминокислот: цис-фен-тир. Назовите антикодоны тРНК, которые будут участвовать в синтезе белка.

Ответ:

Зная, что антикодоны т-РНКкомплементарны кодонами-РНК,по таблице генетического кода находим все возможные триплеты, кодирующие данные аминокислоты:

аминокислота антикодоны т-РНК

цистеин (цис) АЦА, АЦГ

фенилаланин (фен) ААА, ААГ

тирозин (тир) АУА, АУГ

Ответ: в синтезе белка могут участвовать т-РНКсо следующими антикодонами: АЦА, АЦГ, ААА, ААГ, АУА, АУГ.

4. Вопрос

Как направлен поток реализации генетической информации.

Ответ:

Поток генетической информации в процессе биосинтеза белка реализуется в направлении: ДНК ↔ РНК → белок.