Биосинтез белка

1.

Материал по курсу
«БИОЛОГИЯ»,
тема: «БИОСИНТЕЗ БЕЛКА»

2.

Вспомним !
СЛОВАРЬ
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД – система
записи генетической информации в
молекуле нуклеиновой кислоты о
строении молекулы полипептида,
количестве, последовательности
расположения и типах аминокислот.
*Генетическая информация записана только
в одной (кодогенной, информативной или
значащей) цепи ДНК, вторая цепь не несет
генетической информации.

3.

Вспомним !
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА
Триплетность
Однозначность
Вырожденность
(избыточность)
Неперекрываемость
Непрерывность
Универсальность

4.

(физик-теоретик )
В 1954 году опубликовал
статью, где первым поднял
вопрос генетического кода,
доказывая, что "при сочетании
4 нуклеотидов тройками
получаются 64 различные
комбинации, чего вполне
достаточно для "записи
наследственной информации"
www.intuit.ru
Интернет-университет информационных
технологий
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/co
mmons/1/1b/Genetický_kód.jpg
http://www.intuit.ru/department/history/ithistory/10/
10-12.jpg

5.

Роберт Уильям
Холли (США)
Хар Гобинд
Корана (США)
Маршалл Уоррен
Ниренберг (США)
За расшифровку генетического кода и его
функции в синтезе белков.

6.

Миозин
Актин
Пероксидаза
Гемоглобин
Инсулин
Гамма-глобулин
Липопротеины

7.

ферменты
гормоны
антитела
строительство
белки
транспорт
движение

8.

БИОСИНТЕЗ
БЕЛКА

9.

Франсуа Жакоб
(р.1920) –
французский
микробиолог
• Жак Люсьен
Моно (1910-1976)
– французский
биохимик и
микробиолог

10.

СЛОВАРЬ
Синтез белка – это сложный
многоступенчатый процесс
образования белковой молекулы
(полимера) из аминокислот
(мономеров), который подразделяется
на несколько этапов.

11.

12.

ДНК матрица
и РНК матрица
белок

13.

РНК
ДНК
http://nauka.relis.ru/08/0402/rna2.jpg

14.

СЛОВАРЬ
КОДОН – участок из трех нуклеотидов
(триплет) в молекуле иРНК
АНТИКОДОН- (греч. anti – «против) участок
молекулы тРНК, состоящий из трех
нуклеотидов и узнающий соответствующий
ему кодон.
АКЦЕПТОР (АКЦЕПТОРНАЯ НИТЬ) –
конец нити тРНК, присоединяющий к себе
аминокислоту.

15.

ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА
Необходимые условия
ТРАНСКРИПЦИЯ
Нуклеиновые
кислоты
ТРАНСЛЯЦИЯ
Много ферментов
Оба процесса протекают в
три этапа:
Много энергии (АТФ)
ИНИЦИАЦИЯ
Рибосомы
ЭЛОНГАЦИЯ
ТЕРМИНАЦИЯ
ПОСТРАНСЛЯЦИОННАЯ
МОДИФИКАЦИЯ
Аминокислоты
Ионы Mg2+

16.

Молекула
ДНК
Комплементарная
мРНК (иРНК)
Белок
рисунок с сайта vohuman.org http://img.lenta.ru/news/2005/10/20/dna/picture.jpg

17.

Транскрипция
Первый этап биосинтеза белка—транскрипция.
Транскрипция—это переписывание информации с
последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность
нуклеотидов иРНК. В начале каждого гена находится промотор,
в конце- терминатор. Это стоп- коды.
В определенном участке ДНК под
действием
ферментов
белкигистоны отделяются, водородные
связи рвутся, и двойная спираль
ДНК раскручивается. Одна из
цепочек становится матрицей для
построения и-РНК. Участок ДНК в
определенном месте начинает
раскручиваться под действием
ферментов.
ДНК
матрица
Г
Г
Т
А
Ц
Г
А
Ц
Т
А

18.

На основе матрицы под действием фермента РНК-полимеразы из
свободных нуклеотидов по принципу комплементарности начинается
сборка и-РНК. Этот процесс начинается после того, как РНК-полимераза
узнала промотор(триплет ,обозначающий начало гена). Когда фермент
дойдёт до терминатора(триплет, обозначающий окончание гена)- синтез
и-РНК прекратится.
и-РНК
У
А
А
Т
Г
Г
Между азотистыми основаниями
ДНК и РНК возникают водородные
связи, а между нуклеотидами самой
матричной РНК образуются сложноэфирные связи.
Ц
Ц
А
У
Ц
Г
Г
Сложно-эфирная
связь
Ц
А
Водородная
связь
У
Ц
Г
Т
А

19.

20.

21.

22.

После сборки и-РНК водородные связи между азотистыми основаниями
ДНК и и-РНК рвутся, и новообразованная и-РНК через поры в ядре уходит в
цитоплазму, где прикрепляется к рибосомам. А две цепочки ДНК вновь
соединяются, восстанавливая двойную спираль, и опять связываются с
белками-гистонами.
и-РНК присоединяется к поверхности малой субъединицы рибосомы в
присутствии ионов магния. Причем два ее триплета нуклеотидов оказываются
обращенными к большой субъединице рибосомы. Рибосомы взаимодействуют
с тем концом цепочки иРНК, с которого должен начаться синтез белка.
Mg2+
мРНК
рибосомы
цитоплазма
ЯДРО

23.

Трансляция
Второй этап биосинтеза: Трансляция– перевод последовательности
нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот белка.
АУГ- триплет, который в большинстве случаев является знаком начала
трансляции. В цитоплазме аминокислоты под строгим контролем ферментов
аминоацил-тРНК-синтетаз соединяются с тРНК, образуя аминоацил-тРНК.
Это очень видоспецифичные реакции: определенный фермент способен
узнавать и связывать с соответствующей тРНК только свою аминокислоту.
и-РНК
Г Ц
Ц
У
А У
ЦА
У
АГ У
а/к
а/к
УУГ
Ц А
У
ГУ
А
а/
к

24.

25.

Трансляция. тРНК
Для транспорта аминокислот к рибосомам
используются тРНК.
В тРНК различают антикодоновую петлю и
акцепторный участок. В антикодоновой петле РНК
имеется антикодон, комплементарный кодовому
триплету определенной аминокислоты, а акцепторный
участок на 3'-конце способен с помощью фермента
аминоацил-тРНК-синтетазы присоединять именно
эту аминокислоту (с затратой АТФ) к участку ССА.

26.

Далее тРНК движется к и-РНК и связывается комплементарно своим
антикодоном с кодоном и-РНК. Затем второй кодон соединяется с комплексом
второй аминоацил-тРНК, содержащей свой специфический антикодон.
Антикодон– триплет нуклеотидов на верхушке тРНК.
Кодон– триплет нуклеотидов на и-РНК.
Водородные связи между
комплементарными нуклеотидами
и-РНК
Г Ц
Ц
У
А У
ЦА
У
АГ У
УУГ
Ц А
А
а/
к
У
а/
к
а/к

27.

После присоединения к иРНК двух тРНК под действием фермента
происходит образование пептидной связи между аминокислотами;
первая аминокислота перемещается на вторую тРНК, а освободившаяся
первая тРНК уходит. После этого рибосома передвигается по нити для
того, чтобы поставить на рабочее место следующий кодон. Время
задержки рибосомы на участке иРНК- 0,2с.
УАА,УАГ,УГА- терминальные стоп-кодоны иРНК, обозначающие
окончание синтеза белка. Они не кодируют аминокислоты.
И-РНК
ЦА
У
АГ У
Ц А
А
Г Ц
Ц
У
А У
У
УУГ
а/
к
Пептидная
связь
а/к
а/
к

28.

Одна молекула иРНК может заключать в себе инструкции
для синтеза нескольких полипептидных нитей. Кроме того,
большинство молекул и-РНК транслируется в белок много раз,
так как к одной молекуле и-РНК прикрепляется обычно много
рибосом- образуется полисома. Синтез крупной молекулы белка
в среднем идёт 1,5- 2 часа.
и-РНК на рибосомах
белок
Наконец, ферменты разрушают эту
молекулу и-РНК, расщепляя ее до
отдельных нуклеотидов.

29.

30.

2
Удлинение полипептидной
цепи
3
1
Начало синтеза
http://images.nature.web.ru/nature/2000/12/13/0001157658/1.gif
Окончание
синтеза

31.

Трансляция

32.

Трансляция

33.

Трансляция
Пептидилтрансферазный центр большой субъединицы катализирует
образование пептидной связи между метионином и второй аминокислотой.
Отдельного фермента, катализирующего образование пептидных связей, не
существует. Энергия для образования пептидной связи поставляется за счет
гидролиза ГТФ.

34.

Трансляция
Как только образовалась пептидная связь, метиониновая тРНК
отсоединяется от метионина, а рибосома передвигается на следующий
кодовый триплет иРНК, который оказывается в А-участке рибосомы, а
метиониновая тРНК выталкивается в цитоплазму.

35.

Трансляция
На один цикл расходуется 2 молекулы ГТФ. В А-участок заходит третья
тРНК, и образуется пептидная связь между второй и третьей аминокислотами.
Синтез полипептида идет от N-конца к С-концу, то есть пептидная связь
образуется между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй
аминокислоты.

36.

Трансляция
Скорость передвижения рибосомы по иРНК — 5–6 триплетов в секунду,
на синтез белковой молекулы, состоящей из сотен аминокислотных
остатков, клетке требуется несколько минут.
Терминация. Когда в А-участок попадает кодон-терминатор (УАА, УАГ
или УГА), с которым связывается особый белковый фактор освобождения,
полипептидная цепь отделяется от тРНК и покидает рибосому. Происходит
диссоциация, разъединение субъединиц рибосомы.

37.

Трансляция
Многие белки имеют лидерную
последовательность – 15-25 аминокислотных
остатков, «паспорт» белка, определяющий его
локализацию в клетке – в митохондрию, в
хлоропласты, в ядро. В дальнейшем ЛП
удаляется.
Первым белком, синтезированным
искусственно, был инсулин, состоящий из 51
аминокислотного остатка. Потребовалось
провести 5000 операций, в работе принимали
участие 10 человек в течение трех лет.

38.

Трансляция
Для увеличения производства белка через
иРНК могут одновременно проходить
несколько рибосом, последовательно
транслирующие один и тот же белок. Такую
структуру, объединенную одной молекулой
иРНК называют полисомой.
Белки «на экспорт» синтезируются на
шероховатой ЭПС.

39.

Формирование вторичной, третичной и четвертичной
структуры белка при участии ферментов и с затратой
энергии
вторичная
третичная
четвертичная
http://www.ebio.ru/images/08010502.jpg

40.

3. Контрольный тест
1. Матрицей для синтеза молекулы м-РНК при транскрипции служит:
а) вся молекула ДНК
б) полностью одна из цепей молекулы ДНК
в) участок одной из цепей ДНК
г) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся молекула ДНК.
2. Транскрипция происходит:
а) в ядре
б) на рибосомах
в) в цитоплазме
г) на каналах гладкой ЭПС
3. Последовательность нуклеотидов в антикодоне т-РНК строго комплементарна:
а) триплету, кодирующему белок
б) аминокислоте, с которой связана данная т-РНК
в) последовательности нуклеотидов гена
г) кодону м-РНК, осуществляющему трансляцию

41.

4. Трансляция в клетке осуществляется:
а) в ядре
б) на рибосомах
в) в цитоплазме
г) на каналах гладкой ЭПС
5. При трансляции матрицей для сборки полипептидной цепи белка служат:
а) обе цепочки ДНК
б) одна из цепей молекулы ДНК
в) молекула м-РНК
г) в одних случаях одна из цепей ДНК, в других– молекула м-РНК
6. При биосинтезе белка в клетке энергия АТФ:
а) расходуется
б) запасается
в) не расходуется и не выделяется
г) на одних этапах синтеза расходуется, на других– выделяется
7. Исключите лишнее: рибосомы, т-РНК, м-РНК, аминокислоты, ДНК.
8. Участок молекулы т-РНК из трех нуклеотидов, комплементарно
связывающийся с определенным участком м-РНК по принципу
комплементарности называется…

42.

9. Последовательность азотистых оснований в молекуле
ДНК следующая: АТТААЦГЦТАТ. Какова будет
последовательность азотистых оснований в м-РНК?
а) ТААТТГЦГАТА
б) ГЦЦГТТАТЦГЦ
в) УААУЦЦГУТУТ
г) УААУУГЦГАУА

43.

Понимание механизма синтеза белка—результат
длительной и сложнейшей работы многих ученых.
Это блестящее достижение сейчас является одним
из основных положений биологической науки. Но
все же еще многое из этого процесса осталось за
гранью нашего знания.
А
нажав на слово «достижение», вы сможете
правильность ответов на тестовые задания.
достижение
проверить
1-В; 2-А; 3-Г; 4-Б; 5-В; 6-А;
7-ДНК; 8-АНТИКОДОН;
9-Г

44.

Регуляция биосинтеза белка в клетке и
организме
• В норме клетки живого организма
синтезируют только те белки, которые
свойственны данной особи, необходимы
для поддержания жизнедеятельности
организма, выполнения органами,
тканями специфических функций, и в
таком качественном и количественном
составе, который отвечает сию
минутным требованиям внутренней
среды и условиям внешней среды.

45.

• Оперон• Структурный ген• Промотор• Оператор• Репрессор-