Пластический обмен (биосинтез белка и решение задач на биосинтез)

1.

Биология
ЕГЭ
Урок 8
ЕГЭ
Пластический обмен (биосинтез белка и
решение задач на биосинтез)

2.

Трансляция (биосинтез белка)
Трансляция — это синтез полипептидных цепей белков,
выполняемый по матрице иРНК в рибосомах.
2

3.

Трансляция (биосинтез белка)
Аминокислоты, необходимые для синтеза белка,
доставляются в рибосомы с помощью т-РНК.
Молекула т-РНК имеет форму листа клевера, на
вершине которого имеется последовательность из
трех нуклеотидов, комплементарных нуклеотидам
кодона в и-РНК. Эта последовательность
называется антикодоном. Фермент кодаза
опознает т-РНК и присоединяет к ней
соответствующую аминокислоту (тратится энергия
одной молекулы АТФ).
3

4.

Трансляция (биосинтез белка)
Биосинтез белка начинается с того (у бактерий), что кодон АУГ,
расположенный на первом месте в копии с каждого гена, занимает
место на рибосоме в донорном участке и к нему
присоединяется т-РНК, несущая формилметионин (это
измененная форма аминокислоты метионина). После завершения
синтеза белка формилметионин отщепляется от полипептидной
цепочки.
4

5.

Трансляция (биосинтез белка)
На рибосоме имеются два участка для связывания двух молекул тРНК: донорный и акцепторный.
В акцепторный участок поступает т-РНК с аминокислотой и
присоединяется к своему кодону и-РНК. Аминокислота этой т-РНК
присоединяет к себе растущую цепь белка, между ними возникает
пептидная связь. т-РНК, к которой присоединен растущий белок,
перемещается справа налево вместе с кодоном и-РНК в донорный участок
рибосомы. В освободившийся акцепторный участок приходит новая т-РНК с
аминокислотой, и все повторяется заново. Когда на рибосоме оказывается
один из знаков препинания, ни одна из т-РНК с аминокислотой не может
занять акцепторный участок. Синтез белка завершается, и полипептидная
цепь отрывается и покидает рибосому.
5

6.

Трансляция (биосинтез белка)
Если на одной и-РНК одновременно находится несколько рибосом, то
такую структуру называют полисомой. Полисома позволяет
синтезировать большее количество молекул белка за меньшее время.
6

7.

Трансляция (биосинтез белка)
Клетки разных тканей организма синтезируют разные белки (так,
амилаза синтезируется клетками слюнных желез; инсулин — клетками
поджелудочной железы и т. п.). При этом все клетки организма образовались
из зиготы путем ее многократного деления митозом, т. е. имеют одинаковый
генетический набор. Эти отличия связаны с тем, что в разных клетках
транскрипции подвергаются разные участки ДНК, т. е. образуются разные иРНК, по которым и синтезируются белки.
Таким образом, в каждой клетке реализуется только часть наследственной
информации, а не вся информация целиком.
7

8.

Транскрипция. Созревание РНК
Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК по
матрице ДНК.
8

9.

Транскрипция. Созревание РНК
У эукариот происходит в ядре,
митохондриях и хлоропластах, у прокариот
— в цитоплазме. Двойная спираль ДНК
состоит из матричной (некодирующей,
антисмысловой) и нематричной (кодирующей,
смысловой) цепей. Матричная цепь ДНК
служит основой (матрицей) для синтеза и-РНК.
Кодирующая (нематричная) цепь ДНК по
последовательности нуклеотидов совпадает с
и-РНК, с одним лишь отличием в нуклеотидах:
в ДНК содержится тимин, в и-РНК — урацил.
9

10.

Транскрипция. Созревание РНК
Транскрипция состоит из трех фаз:
★
★
★
10
инициация — начало синтеза и-РНК.
Во время этой стадии фермент
РНКполимераза прикрепляется к
промотору (это участок в начале
гена) матричной цепи ДНК;
элонгация — это синтез молекулы иРНК по правилу комплементарности;
терминация — завершение синтеза
и-РНК и ее отделение от матричной
цепи ДНК. В результате у эукариот
образуется пре-иРНК, а у прокариот
— зрелая и-РНК.

11.

Посттранскрипционные процессы у эукариот
После образования пре-и-РНК начинается
созревание или процессинг и-РНК. При этом
из молекулы РНК удаляются интронные
участки (не несущие информацию о
структуре белка) с последующим
соединением экзонных участков (этот
процесс называют сплайсингом).
Одновременно происходит кепирование и
полиаденирование.
Кепирование — это прикрепление к 5′концу молекулы и-РНК одного или
нескольких модифицированных
нуклеотидов, что обеспечивает правильную
установку уже зрелой и-РНК в рибосоме.
Полиаденирование — это присоединение к
3′-концу и-РНК нескольких десятков или
сотен аденозиновых нуклеотидов. Этот
процесс удлиняет время существования
данной и-РНК в клетке, позволяя уменьшить
затраты ресурсов и энергии на ее синтез.
После завершения этих процессов
зрелая иРНК выходит из ядра и
направляется к месту синтеза белка (к
11рибосомам).

12.

Типы РНК
В результате транскрипции в клетке
образуются все виды РНК. Основными из
них являются:
❏ Матричные, или информационные
РНК (сокращенно мРНК, или иРНК), в
которых закодирована
последовательность аминокислот в
белке.
❏ Транспортные РНК (сокращенно
тРНК), переносящие активированные
аминокислоты к месту синтеза белка.
❏ Рибосомные РНК (сокращенно рРНК),
образующие рибосомы, частицы, в
которых происходит биосинтез белка.
12

13.

Решение задач

14.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов
(верхняя цепь смысловая, нижняя транскрибируемая).
5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’
3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте,
обозначьте 5’ и 3’ концы этого фрагмента и определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в
процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5’ конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните.
Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
14

15.

15

16.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая,
нижняя — транскрибируемая):
5’ − ТААТГАЦЦГЦАТАТАТЦЦАТ −3’
3’ − АТТАЦТГГЦГТАТАТАГГТА −5’
Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена
начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого нуклеотида начинается информативная
часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ
поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
16

17.

17

18.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Исходный фрагмент молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь —
смысловая, нижняя — транскрибируемая):
5’ − ГЦГГГЦТАТГАТЦТГ − 3’
3’ − ЦГЦЦЦГАТАЦТАГАЦ − 5’
В результате замены одного нуклеотида в ДНК четвёртая аминокислота во фрагменте полипептида
заменилась на аминокислоту Вал. Определите аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие
изменения произошли в ДНК, иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству
генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется одним и тем же триплетом?
Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.
18

19.

19

20.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке:
ГУА, УАЦ, УГЦ, ГЦА.
Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и
аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК
антипараллельны кодонам иРНК.
20

21.

21

22.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем порядке:
ЦГЦ, ЦЦУ, АЦГ, АГА, АГЦ.
Определите последовательность нуклеотидов смысловой и транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и
аминокислот в молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны тРНК
антипараллельны кодонам иРНК.
22

23.

23

24.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Фрагмент генетического аппарата вируса, представленного молекулой РНК, имеет нуклеотидную
последовательность:
5' − АУГГУАГЦУУУУАУА − 3'
Определите нуклеотидную последовательность фрагмента двуцепочечной молекулы ДНК, которая
синтезируется в результате обратной транскрипции на вирусной РНК, укажите 5' и 3' концы. Установите
последовательность нуклеотидов в иРНК и аминокислот во фрагменте белка вируса, если матрицей для
синтеза иРНК служит цепь, комплементарная вирусной РНК. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.
24

25.

25

26.

Правила пользования таблицей: Первый нуклеотид в триплете берётся из левого
вертикального ряда; второй — из верхнего горизонтального ряда и третий — из правого
вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится
искомая аминокислота.
Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (концу в одной цепи соответствует 3ʹ конец
другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5ʹ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5ʹ к 3ʹ
концу. Все виды РНК синтезируются на ДНКматрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок
центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь — матричная):
5’-ЦГААГГТГАЦААТГТ-3’
3’-ГЦТТЦЦАЦТГТТАЦА-5’
Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте и
определите аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет с 5ʹ
конца соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.
При написании нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.
26

27.

27